基于激光诱导击穿光谱技术定量测量甲烷/空气混合当量比的实验研究:门控模式及激光波长的影响分析

【摘要】：激光诱导击穿光谱技术(LIBS)作为一种新型光谱分析方法,近年来被逐渐应用于燃烧诊断领域。在甲烷/空气混合气中建立了一套LIBS测试系统,利用H,O,N不同特征谱线强度比实现了对甲烷、空气燃空当量比的定量测量。在"门控"模式下,比较分析了H656/O777与H656/N746这两种定标曲线对燃空当量比的测量效果,发现H656/O777可以实现更好的预测精度与更高的灵敏度;"非门控"模式可以利用更多的谱线强度比(H656/O777,H656/N+500,H656/N+567和H656/N746)进行标定测量,其中H656/O777的测试效果最好。比较分析了"门控"与"非门控"两种检测模式对标定测量的影响:"门控"检测模式在拟合优度与预测精度方面都要略优于"非门控"模式。此外,在保持聚焦点能量密度相同的情况下,研究了1 064,532和355nm三种不同激光波长对H,O和N特征谱线及H656/O777标定曲线斜率的影响:H,O和N特征谱线强度、信噪比以及H656/O777标定曲线的斜率均随激光波长的增加而增加。在三种波长中,1 064nm的激光最适合作为LIBS技术的光源,定量测量甲烷/空气混合气当量比。最后,分别从等离子体电子密度、温度对谱线强度与分布函数的影响方面,对以上实验结果给出理论上分析与说明。 【作者单位】： 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室;天津大学环境科学与工程学院;
【关键词】： 激光诱导击穿光谱 燃空当量比 门控模式 激光波长 电子密度 电子温度
【基金】：国家自然科学基金项目(51306128)资助
【分类号】：O657.3;TQ116.02
【正文快照】： 引言燃空当量比是表征燃料与空气混合程度的物理参数,是影响燃料与空气后续燃烧的重要因素。对燃空当量比的实时测量和精确控制,不仅可以有效提高燃料的利用率,提高燃烧效率,而且有利于减少氮氧化物(NOx)、未燃碳氢(UHC)和颗粒物(PM)等有害物的排放,实现高效清洁燃烧。激光诱

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