[0022] 以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0023] 经典全息技术利用光的干涉原理,将物体发射的光波波前以干涉条纹的形式记录下来,达到冻结物光波相位信息的目的;利用光的衍射原理再现所记录物光波的波前,就能够得到物体的振幅(强度)和位相(包括位置、形状和色彩)信息,在光学检测和三维成像领域具有独特的优势。
[0024] 数字全息是指用CCD成像器件代替普通照相干板来记录全息图,用数字计算方法再现;后来,数字全息的范围扩大到计算机制全息图,光电子再现全息图等,形成了更广义的数字全息。数字全息术从记录过程来看可以分为计算机制全息和像素全息两种:从再现过程分又可以分为计算机再现和光电子再现。
[0025] 如图1所示:本实施例包括第一激光驱动器1、第一激光器2、第一分光镜3、第二激光器4、衰减片5、第二反光镜6、准直透镜组7、8、第一反光镜9、空间光调制器10、扩束镜组11、12、第二分光镜13、物镜14、微颗粒群燃料15、微燃烧芯片16、第三分光镜17、第三反光镜18、CCD相机19、红外摄像机20、第一图像采集卡21、第二图像采集卡22、数据采集卡23、计算机24、氮气储气瓶25、氧气储气瓶26、第一流量计27、第二流量计28、缓冲罐29、第一阀门30、第二阀门31、气相色谱质谱联用仪32、第三阀门33、真空泵34、照明系统35、载物台36、压电陶瓷37、压力表38。
[0026] 第一激光器2发出的光经过第一分光镜3入射到准直透镜组7、8中对光路进行准直。然后经第一反光镜9入射到空间光调制器10中,空间光调制器10反射的光经过扩束镜组11、12扩束,扩束光束经第二分光镜13反射至物镜14聚焦于微颗粒群燃料15上,微颗粒群燃料15被捕获而均匀分布。
[0027] 空间光调制器10是一类能将信息加载于一维或两维的光学数据场上,以便有效的利用光的固有速度、并行性和互连能力的器件。这类器件可在随时间变化的电驱动信号或其他信号的控制下,改变空间上光分布的振幅或强度、相位、偏振态以及波长,或者把非相干光转化成相干光。本发明是利用空间光调制器的数字全息技术,通过控制空间光调制器的相位输出实现对微颗粒群燃料的某一种形式的空间分布。
[0028] 本发明的具体实施方式中,空间调制器10采用向列式液晶光阀空间光调制器,包含许多由计算机控制的像素单元,通过施加电场, 可以实时调整像素上液晶的取向, 从而产生相应的相移, 最终在光学捕获面上产生可实时控制光强分布的图案, 其中每一个光点可以捕获一个微粒,具有捕获微粒群的能力。因此单光束通过空间调制器10后形成具有特性分布形式的多光束,多光束经过物镜14后形成阵列光镊。本发明中采用的数字全息光镊光路图见图2。
[0029] 本发明采用数字记录和光学再现的方式实现数字全息光镊,通过软件生成全息图,然后读入到空间光调制器10中,用空间光调制器10代替传统光学全息中的再现介质。首先,设定并加载微颗粒群燃料15的分布信息,即读入燃料位置分布的图片,注意图片尺寸不要超过1024×1024像素。通过设置虚拟光路的参数,如衍射距离、参考光夹角等,生成数字全息图。然后,根据说明书附图1的光路利用数字对全息图再现计算程序实现具有空间分布的多光束阵列光镊。调节空间调制器10上的偏振片的角度和空间调制器10与光路的夹角,获得最佳再现效果。
[0030] 微颗粒群燃料15被置于微燃烧芯片16中。本发明系统中所使用的微颗粒群燃料15可以为液体(油、醇类)、固体(煤、金属)、生物质颗粒(稻草、秸秆)及混合燃料等。由于液体燃料、固体、生物质燃料及混合燃料,其燃料特性参数存在较大差异,因此需要实时反馈燃料空间分布给激光驱动器和空间光调制器进行有效调控。
[0031] 逐渐提高照射在微颗粒群燃料15上的激光功率,颗粒表面发生气化,有挥发分析出,当微颗粒燃料表面温度超过其着火点时,微颗粒燃料被点燃而发生燃烧反应。说明书附图2中,第一激光器2被第一激光驱动器1驱动和控制,因此为了实现微颗粒燃料点燃,第一激光器2的最高输出功率应达到数瓦。
[0032] 本发明中第一激光器2的波长为不可见光,因此对于光路的调节需要采用辅助光路来进行,数字全息光镊辅助调节光路见说明书附图3。第二激光器4发出的光经衰减片5、第二反光镜6、准直透镜组7、8、第一反光镜9、空间光调制器10、扩束镜组11、12、第二分光镜13、物镜14到达微颗粒群燃料15上,用于对光路进行辅助调节,确保微颗粒群燃料15能够被准确捕获。第二激光器4通常采用可见光氦氖激光器,波长632.8nm,功率为数毫瓦。
[0033] 本发明中微颗粒群燃料15的成像、空间位置分布和温度分布测试图见说明书附图4。照明系统35发出的光经微颗粒群燃料15、载物台36、微燃烧芯片16、物镜14、第二分光镜13到达第三分光镜17,经第三分光镜17分光后,一束光进入CCD相机19中,对微颗粒群燃料15进行成像并观察燃料分布情况。另一束光经第三反光镜18进入红外摄像机20中,对微颗粒群燃料15进行温度分布测试。微燃烧芯片中,载物台36可由压电陶瓷37以一定的频率震荡,以使燃料不能沉积在载物台上。
[0034] 同时采用计算机进行实时数据采集和反馈控制,其结构示意图见说明书附图4。CCD相机19经第一图像采集卡21与计算机24相连。红外摄像机20经第二图像采集卡22与计算机24相连。根据微颗粒群燃料15的位置分布和燃烧情况,通过数据采集卡23对第一激光驱动器1和空间光调制器10进行反馈控制。通过调节第一激光驱动器1的功率输出实现微颗粒群燃料15的稳定捕获,通过调节和变换空间光调制器10的多光束分布来实现微颗粒群燃料15不同形式的分布。
[0035] 微燃烧芯片系统结构示意图见说明书附图5,氮气从氮气储气瓶25经第一流量计27进入缓冲罐29,氧气从氧气储气瓶26经第二流量计28进入缓冲罐29,氮气与氧气按照
79:21的比例在缓冲罐29中进行混合成为混合气。
[0036] 混合气在未进入微燃烧芯片16之前,先利用真空泵34经第三阀门33对微燃烧芯片16抽真空。满足真空度要求后,混合气经第一阀门30进入微燃烧芯片16中,压力表38检测微燃烧芯片16中的压力。
[0037] 微颗粒群燃料15在混合气气氛中被均匀捕获,通过调节第一激光驱动器1的驱动电流提高第一激光器2的输出功率,至微颗粒群燃料15被点燃。
[0038] 微颗粒群燃料15发生燃烧后析出的挥发分和燃烧尾气经第二阀门31进入气相色谱质谱联用仪32中进行成分分析。