FRS-濾波瑞利散射是多功能的激光無接觸測量技術,它是通過測量分子的瑞利散射信號,得到一個激光平面上的壓力場、密度場、溫度場和速度場。
FRS的碘蒸氣分子盒和濾鏡,確保FRS系統可以在惡劣環境下實現其測量。碘蒸氣分子盒和濾鏡,可以消除壁面或者模型的激光反射光、流場中的大顆粒的米散射光、灰塵的激光散射光。
該測量技術是德國航空航天中心DLR科隆的Institute of Propulsion Technology率先提出,先已應用于發動機的測量、風洞、噴嘴流場的測量。
DGV-全場多普勒速度場儀,它測量粒子的多普勒信號,轉換成圖像的方式,得到一個平面的速度場,具有測速范圍寬、空間分辨率高,適合高超流場的測量。
因為DGV和FRS系統的很多硬件(激光器、穩頻器、時序控制、高量子效率相機等等都是共同使用),因此德國DLR科隆和德國ILA公司將DGV和FRS系統結合起來,形成一套可以測量速度、溫度、壓力和密度場的激光測量技術,因為其具有無需添加示蹤粒子、測速范圍寬的特點,適合燃燒、高溫、高超、無法添加示蹤粒子的應用場合。
功能:無接觸準確測量一個平面上的速度、壓力、溫度和密度場
速度范圍:0-3000m/s 測量不確定度 :0.8-1.4m/s
壓力范圍:0.1-20bar 測量不確定度:3%
溫度范圍:100-2000K(可升級到3000K) 測量不確定度 :1%
測量面積:通常120mm*120mm,取決于現場的信號強度
應用環境:風洞、航空航天發動機、燃燒室、噴口燃燒分析等,增加光纖可應用在實際發動機上進行測量(應用于實際發動機的配件需要歐盟出口申請)
工作模式:激光無接觸測量
溫度范圍:100-2000K(可升級到3000K),精度 1%
壓力范圍:0.1-20bar ,精度3%
廠家:德國ILA公司
測量原理:
流場存在的粒子尺寸如果比激光波長小一個數量級以上,產生的散射是瑞利散射。比如燃燒或者流場中存在的氣體分子,其尺寸為nm量級。瑞利散射信號是一個波形分布,這個波形的形狀分布和壓力、溫度、密度有關,波形的整體頻移就是多普勒頻移,和速度有關。
瑞利散射信號的強度非常弱,比通常的背景光、模型反射光或者燃燒背景光小三個數量級以上,因此,瑞利散射信號的提取一直是非常困難的。德國DLR(宇航局)的濾波瑞利散射技術解決了該問題,同時成功將該設備應用在實際發動機上進行測量。

相同的激光源、相機和鏡頭。左邊的圖像為拍攝曝光時間為30ms,右邊的圖像是相機前增加碘蒸氣分子盒和濾鏡拍攝曝光時間為240s。

相機和碘蒸氣分子盒、濾鏡和配套鏡頭(德國ILA公司)
系統應用在燃燒的測量

系統測量得到溫度、壓力場、和速度場結果,消除了燃燒火焰噪聲、邊界的激光反射光影響、燃燒中間產物等等噪聲信號。
系統應用在透平機械
系統應用于高壓噴嘴

部件組成:窄線寬高穩定度可調波長激光器、激光穩頻及監測器、控制單元、分光器、FRS/DGV片光源探頭、光束轉換模塊、導光臂、高量子效率低噪聲相機、相機碘蒸氣盒濾鏡模塊、溫度控制模塊、配套鏡頭、光學平臺、標定靶盤、軟件采集和分析模塊、可移動試驗臺、配套計算機等。


系統照片