| 专利名称： |
一种基于激光拉曼和瑞利散射的气体摩尔分数测量方法 |
| 摘要： |
一种基于激光拉曼和瑞利散射的气体摩尔分数测量方法属激光燃烧诊断技术领域，本发明首先利用激光自发振动拉曼散射信号测量各物种的摩尔分数，并同步地利用激光瑞利散射测量同一区域上的温度，然后通过摩尔分数和温度计算中的逐步迭代计算过程，完成满足迭代精度的最终的各物种摩尔分数和区域温度的精确值；本发明结合基于激光瑞利散射测量混合气体温度技术和激光自发振动拉曼散射测量混合气体摩尔分数技术，在高温(大于1000K)高压环境下，能精确定量测量混合气体摩尔分数。 |
| 专利类型： |
发明专利 |
| 国家地区组织代码： |
吉林;22 |
| 申请人： |
吉林大学 |
| 发明人： |
程鹏;郭亮;赵冰;孙万臣;庄宇欣;苏岩;孙成斌;邢四海;韩提亮;孙毅 |
| 专利状态： |
有效 |
| 发布日期： |
2019-01-01T00:00:00+0800 |
| 申请号： |
CN201810760554.X |
| 公开号： |
CN108459011A |
| 代理机构： |
长春吉大专利代理有限责任公司 22201 |
| 代理人： |
邵铭康;朱世林 |
| 分类号： |
G01N21/65(2006.01)I;G01N21/53(2006.01)I;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/65;G01N21/53 |
| 申请人地址： |
130012 吉林省长春市前进大街2699号 |
| 主权项： |
1.一种基于激光拉曼和瑞利散射的气体摩尔分数测量方法，其特征在于包括下列步骤：1.1确定燃烧系统类型为：含有或部分含有氧气、氮气、二氧化碳气、水蒸气、甲烷、丙烷组成的混合气体，混合气体温度大于1000K的燃烧体系；或燃烧甲烷、乙烯的标准火焰燃烧器体系；1.2确定激光拉曼散射和激光瑞利散射同步测量系统为：能满足同步的气态物种摩尔分数测量的拉曼光谱仪系统和气态物种温度测量的瑞利ICCD相机测量系统；1.3由激光瑞利散射温度测量系统测量瑞利散射强度IRayleigh，Tq(n)，并由激光拉曼散射和瑞利散射同步测量系统计算受激区域气体温度Tq(n)：![]() 其中：Tq(n)为受激气体温度(K)；P(n)为受激气体压力(Mpa)；σiRayleigh为物种i的相对于氮气N2的瑞利散射截面；Xi(n)为气体的摩尔分数；IRayLeigh，Tq(n)为瑞利散射强度；n为正整数；K为物种总数；i为某物种，分别为氧气、氮气、二氧化碳、水、氢气和甲烷；1.4由激光自发振动拉曼摩尔分数测量系统测量各物种拉曼散射强度IiRaman，Tq(n)，并由激光拉曼散射和瑞利散射同步测量系统计算摩尔分数Xi(n)：Xi(n)＝Tq(n)·IiRaman，Tq(n)/(P(n)·f(Tq(n)，i)·σiRaman) (2)其中：Xi(n)为物种i的摩尔分数；Tq(n)为受激气体温度(K)；IiRaman，Tq(n)为物种i的自发振动拉曼散射强度；P(n)为受激气体压力(Mpa)；σiRaman为物种i的相对于氮气N2的拉曼散射截面；f(Tq(n)，i)为物种i的温度影响因子，从调用拉曼数据库(商业RAMSES代码)中获得，或从实验前在已知标准气体摩尔分数、温度和压力条件下，系统标定数据中插值获得；n为正整数；K为物种总数；i为某物种，分别为氧气、氮气、二氧化碳、水、氢气和甲烷；1.5在激光能量E(mj，毫焦)和实验室环境空气中利用上述两种光学技术同步测量受激区域瑞利散射光谱强度IRayleigh，Tq(1)、氮气和氧气的光谱强度I氧气Raman，Tq(1)、I氮气Raman，Tq(1)、初始压力为大气压力P(1)和大气温度T总(1)；1.6输入待测物种i的拉曼和瑞利散射截面积σiRaman和σiRayleigh；输入空气中氧气和氮气的摩尔分数；输入待测各物种的初始估计的摩尔分数Xi(1)；输入温度和各物种摩尔分数计算收敛精度εT和εx；1.7调用各物种i随温度T变化的温度因子f[Tq(n),i]；1.8计算初值温度Tq(1)和摩尔分数Xi(1)；1.9在激光能量E下同步测量待测高温高压环境的压力P(n)和温度T总(n)、各物种体i的瑞利散射光谱强度IiRayleigh，Tq(n)和自发拉曼振动光谱强度IiRaman，Tq(n)；1.10通过步骤1.3中的公式(1)，根据瑞利散射光谱强度IiRayleigh，Tq(n)、空气环境下的各测量参数和各初始参数，计算出激发区上的温度Tq(n+1)；1.11通过步骤1.4中的公式(2)，根据拉曼散射光谱强度IiRaman，Tq(n)、空气环境下的测量参数、各初始参数和Tq(n+1)，计算出激发区上各物种摩尔分数Xi(n+1)；1.12判断不等式Xi(n+1)‑Xi(n)≤εx；Tq(n+1)‑Tq(n)≤εT；Tq(n+1)≥T总(n)如果条件都不满足，程序返回到步骤1.10，进入循环迭代过程；如果条件都满足，程序结束。 |
| 所属类别： |
发明专利 |
