一种高焓流场中原子浓度标定系统及方法与流程

技术特征：
1.一种高焓流场中原子浓度标定系统，其特征在于，包括：激光器，向分光镜发射激光；分光镜，用于将照射在其上的激光分束并同时导入标定源腔体内和高焓流场腔体内，不饱和激发位于所述标定源腔体内的定标用原子产生第一荧光信号，不饱和激发位于所述高焓流场腔体内的待标定原子产生第二荧光信号；第一荧光信号采集装置，用于采集所述第一荧光信号；第二荧光信号采集装置，用于采集所述第二荧光信号；所述第一荧光信号采集装置和所述第二荧光信号采集装置的荧光信号收集探测的参数设置为一致；微波放电装置，与所述标定源腔体的前端连通，用于将待离解的气体离解为所述定标用原子；真空泵，与所述标定源腔体的后端连通；滴定装置，与所述标定源腔体连通，用于向所述标定源腔体内滴定反应气体，并能够得到滴定反应气体的流量，所述滴定反应气体与所述定标用原子能够同比反应；以及数采装置，采集所述激光器所发射激光的时序信号，以及接收所述第一荧光信号采集装置和第二荧光信号采集装置所采集的荧光信号。2.根据权利要求1所述的高焓流场中原子浓度标定系统，其特征在于：所述第一荧光信号采集装置和所述第二荧光信号采集装置均为光电倍增管。3.根据权利要求1所述的高焓流场中原子浓度标定系统，其特征在于：所述滴定装置包括质量流量计和滴定气体进入管，所述质量流量计与所述滴定气体进入管的一端连通，所述滴定气体进入管的另一端与所述标定源腔体连通。4.一种高焓流场中原子浓度标定方法，其特征在于：使用如权利要求1
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3任一项所述的高焓流场中原子浓度标定系统进行标定，包括以下步骤：将所述第一荧光信号采集装置和所述第二荧光信号采集装置的荧光信号收集探测的参数设置为一致；向所述微波放电装置中通入待离解的气体，并将所述待离解的气体离解为定标用原子，在真空泵的作用下，所述定标用原子进入所述标定源腔体内；所述激光器发射激光，所述分光镜将接收的激光分束并同时导入所述标定源腔体内和所述高焓流场腔体内，不饱和激发位于所述标定源腔体内的定标用原子产生第一荧光信号，不饱和激发位于所述高焓流场腔体内的待标定原子产生第二荧光信号；通过所述第一荧光信号采集装置采集所述第一荧光信号，通过所述第二荧光信号采集装置采集所述第二荧光信号；通过所述滴定装置向标定源腔体内滴定反应气体，所述反应气体能够与所述定标用原子之间同比反应，通过所述数采装置观察第一荧光信号采集装置采集的第一荧光信号，随着所述反应气体的增加，所述第一荧光信号逐渐减弱直至完全消失，记录在第一荧光信号消失时，滴定反应气体的流量，计算得到所述标定源腔体内定标用原子浓度；在已知定标用原子浓度、导入标定源腔体内的激光能量、第一荧光信号的强度、导入高焓流场腔体内的激光能量和第二荧光信号的强度的情况下，根据关系式：得到以
下关系：第一荧光信号的强度和导入标定源腔体内的激光能量的平方之比与第二荧光信号的强度和导入高焓流场腔体内的激光能量的平方之比的比值等于定标用原子浓度与待标定原子浓度的比值，标定得到待标定原子浓度；其中，s为荧光信号的强度，e2为激光能量，n为原子浓度。5.根据权利要求4所述的高焓流场中原子浓度标定方法，其特征在于：所述待标定原子为氧原子时，则向所述微波放电装置中通入的待离解的气体为氧气，通过所述滴定装置向标定源腔体内滴定反应气体为二氧化氮；所述待标定原子为氮原子时，则向所述微波放电装置中通入的待离解的气体为氮气，通过所述滴定装置向标定源腔体内滴定反应气体为一氧化氮。

技术总结
本发明涉及流场测量标定技术领域，尤其涉及一种高焓流场中原子浓度标定系统及方法。标定系统提供了一个常温下的同种原子的标定源，通过使用同一脉冲激光分束后同时导入两个不同腔体内，不饱和激发分别位于两个腔体内的定标用原子和待标定原子产生荧光信号，能够保证激光属性相同，在光学系统参数相同的情况下，可以通过荧光信号强度、激光能量、原子浓度使待标定流场原子浓度与定标用原子浓度建立联系，实现对待标定原子浓度的标定。标定方法通过标定系统实现高焓流场中原子浓度的标定，采用化学滴定的方法获取定标用原子浓度，实现数据的可量化和溯源。据的可量化和溯源。据的可量化和溯源。


技术研发人员：罗杰 马昊军 王国林 肖学仁 刘丽萍
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所
技术研发日：2021.08.18
技术公布日：2021/10/23