[发明专利]一种烟气三维多物理场瞬时测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种烟气三维多物理场瞬时测量装置及方法，该装置包括可视化扩散箱，第一平台，第二平台，由纹影背景板、高速CCD摄像机构成的纹影测量系统，由信号发生器、可调激光器、第一光纤耦合器、浓度信号发生器、温度信号发生器、浓度信号传感器和温度信号传感器构成的TDLAS二极管测量系统，由PIV光源和PIV专用高速摄像机构成的PIV测量系统，第二光纤耦合器，数据采集分析系统；本发明对环境影响小，能精确测得气体射流在扩散过程中的形态变化、温度场、浓度场和速度场，能为烟云扩散模型的建立创造技术条件。

技术领域

本发明属于气体射流验证实验研究技术领域，具体涉及一种烟气三维多物理场瞬时测量装置及方法。

背景技术

研究烟云扩散特性，建立烟云扩散模型可用于反演未知爆炸事故类型、当量或推测战场武器型号、威力及毁伤效应，实现未知爆炸源实时快速侦测，对战场爆炸远程评测、爆炸事故非现场侦测、有害物质爆轰污染快速预警与评估等也具有重要价值。

针对烟云扩散问题，国内外学界长久以来已开展了大量相关实验。外场试验对环境影响大，代价高，所需空间也极大；对于包括高度、宽度在内的烟气外部特征测量十分粗略，使得所得结果与实际结果相差较大；外场实验还增大了烟气温度场、浓度场和速度场测量的难度和成本。

发明内容

本发明的目的是针对上述实验的缺点，提供一种烟气三维多物理场瞬时测量装置及方法，本发明对环境影响小，且能精确测得气体射流在扩散过程中的形态变化、温度场、浓度场和速度场，为烟云扩散模型的建立创造了技术条件。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种烟气三维多物理场瞬时测量装置，包括可视化扩散箱、纹影测量系统、TDLAS二极管测量系统、PIV测量系统和数据采集分析系统；所述可视化扩散箱1内壁面安装纹影背景板2，箱内壁面上安装多道水平和竖直滑轨，滑轨上安装位置相对的第一平台3和第二平台16；纹影测量系统由可视化扩散箱1内的纹影背景板2和箱外正对纹影背景板2的高速CCD摄像机4构成；TDLAS二极管测量系统由位于可视化扩散箱1外依次连接的信号发生器5、可调激光器6、第一光纤耦合器7以及固定在可视化扩散箱1内第一平台3上的浓度信号发生器8、温度信号发生器9和第二平台16上的浓度信号传感器14、温度信号传感器15构成；PIV测量系统由位于可视化扩散箱1内的PIV光源10和PIV专用高速摄像机11构成，PIV专用高速摄像机11固定在可视化扩散箱1内的第一平台3上；浓度信号传感器14、温度信号传感器15和PIV专用高速摄像机11通过第二光纤耦合器12实时传输信号至数据采集分析系统13，数据采集分析系统13对信号进行处理并实时反馈控制信号。

所述纹影背景板2上有预先设置好的点阵图，通过高速CCD摄像机4拍摄记录烟气扩散前后点阵图的变化，能得到烟气扩散的粗略物理场和包括烟气高度、宽度及形状在内的外部特征。

所述TDLAS二极管测量系统的激光信号由信号发生器5产生，经过可调激光器6、第一光纤耦合器7的调理，通过光纤连接至可视化扩散箱1内第一平台3上的浓度信号发生器8和温度信号发生器9，浓度信号发生器8和温度信号发生器9发送激光信号，分别由第二平台16上的浓度信号传感器14和温度信号传感器15接收并转换为电信号，传递给数据采集分析系统13进行后续处理、计算；通过测量激光信号自浓度信号发生器8发射到浓度信号传感器14接收和自温度信号发生器9发射到温度信号传感器15接收的物性变化，经计算机处理计算后分别实现该光路上烟气浓度场和温度场的测量。

所述PIV光源10能发出特定频率散射激光，使烟气中的示踪粒子发出特定频率的荧光，并由PIV专用高速摄像机11记录，将结果传递至数据采集分析系统13，实现烟气扩散速度场的测量。

所述可视化扩散箱1的箱体由可视化高透有机玻璃制成，实现测量设备自可视化扩散箱1外部的非接触测量。