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FRS滤波瑞利散射测量

2020.11.23

FRS-滤波瑞利散射是多功能的激光无接触测量技术,它是通过测量分子的瑞利散射信号,得到一个激光平面上的压力场、密度场、温度场和速度场。

FRS的碘蒸气分子盒和滤镜,确保FRS系统可以在恶劣环境下实现其测量。碘蒸气分子盒和滤镜,可以消除壁面或者模型的激光反射光、流场中的大颗粒的米散射光、灰尘的激光散射光。

该测量技术是德国航空航天中心DLR科隆的Institute of Propulsion Technology率先提出,先已应用于发动机的测量、风洞、喷嘴流场的测量。

DGV-全场多普勒速度场仪,它测量粒子的多普勒信号,转换成图像的方式,得到一个平面的速度场,具有测速范围宽、空间分辨率高,适合高超流场的测量。

因为DGV和FRS系统的很多硬件(激光器、稳频器、时序控制、高量子效率相机等等都是共同使用),因此德国DLR科隆和德国ILA公司将DGV和FRS系统结合起来,形成一套可以测量速度、温度、压力和密度场的激光测量技术,因为其具有无需添加示踪粒子、测速范围宽的特点,适合燃烧、高温、高超、无法添加示踪粒子的应用场合。

 

功能:无接触准确测量一个平面上的速度、压力、温度和密度场

速度范围:0-3000m/s  测量不确定度 :0.8-1.4m/s

压力范围:0.1-20bar   测量不确定度:3%

温度范围:100-2000K(可升级到3000K)   测量不确定度 :1%

测量面积:通常120mm*120mm,取决于现场的信号强度

应用环境:风洞、航空航天发动机、燃烧室、喷口燃烧分析等,增加光纤可应用在实际发动机上进行测量(应用于实际发动机的配件需要欧盟出口申请)

工作模式:激光无接触测量

温度范围:100-2000K(可升级到3000K),精度 1%

压力范围:0.1-20bar ,精度3%

厂家:德国ILA公司

 

测量原理:

流场存在的粒子尺寸如果比激光波长小一个数量级以上,产生的散射是瑞利散射。比如燃烧或者流场中存在的气体分子,其尺寸为nm量级。瑞利散射信号是一个波形分布,这个波形的形状分布和压力、温度、密度有关,波形的整体频移就是多普勒频移,和速度有关。        

 

瑞利散射信号的强度非常弱,比通常的背景光、模型反射光或者燃烧背景光小三个数量级以上,因此,瑞利散射信号的提取一直是非常困难的。德国DLR(宇航局)的滤波瑞利散射技术解决了该问题,同时成功将该设备应用在实际发动机上进行测量。

                         

相同的激光源、相机和镜头。左边的图像为拍摄曝光时间为30ms,右边的图像是相机前增加碘蒸气分子盒和滤镜拍摄曝光时间为240s。

相机和碘蒸气分子盒、滤镜和配套镜头(德国ILA公司)

系统应用在燃烧的测量

 

 

                               

系统测量得到温度、压力场、和速度场结果,消除了燃烧火焰噪声、边界的激光反射光影响、燃烧中间产物等等噪声信号。

 

 

系统应用在透平机械

                            

 

系统应用于高压喷嘴      

                                   

部件组成:窄线宽高稳定度可调波长激光器、激光稳频及监测器、控制单元、分光器、FRS/DGV片光源探头、光束转换模块、导光臂、高量子效率低噪声相机、相机碘蒸气盒滤镜模块、温度控制模块、配套镜头、光学平台、标定靶盘、软件采集和分析模块、可移动试验台、配套计算机等。

系统照片


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