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2010-2011学年第二学期研究生课程考试试卷一、填空题（20分）（1）根据量子力学相关理论，物质分子的能量主要由三部分组成，即电动能、振动能和转动能。（2）一个激光器主要由三个基本部分组成，即工作物质、激励装置和光学谐振腔。（3）对内燃机光学平台中的窗体材料主要应关注其力学特性、光学特性和热力学特性等。（4）在内燃机燃烧过程研究中，一般在采用激光诱导荧光技术（PLIF）时，激光器的波段应处于紫外波段。注：这是因为在燃油中加入荧光添加剂的激发光和荧光都处在紫外波段（5）在内燃机缸内混合气分布特性的测量中，基于分子光谱学原理的测试技术主要有：瑞利散射、拉曼散射和激光诱导荧光。（6）在激光全息技术中，干板所记录的应是参考光和物光干涉所形成的干涉条纹。（7）相位多普勒测速系统（PDPA）可同时获得微粒的运动特征信息和粒径特征信息。（8）光子与原子、分子、离子等物质粒子的相关作用主要体现为三种形式，即受激吸收，自发辐射和受激辐射。（9）根据光波的多普勒效应，当光源远离接收器运动时，接收到的频率变小，因而波长变大，这种现象叫红移。（10）在内燃机缸内气体流动速度场的测量中，常用的光学测试技术主要有粒子图像测速技术和激光多普勒技术两种。二、相比于普通光源，激光具有哪些主要特点。（10分）方向性好；亮度高、能量集中；单色性好；相干性好三、在激光多普勒测速技术中，对于示踪粒子有哪些要求？（10分）跟随性；散射特性；密度；稳定性；其他光学影响如粒子不能弄脏光学窗口；其他力学影响如粒子不会磨损汽缸壁注：粒子图像测速技术中对示踪粒子的要求跟随性（太大不能跟随；太小易受干扰）；散射性（粒子的大小、形状、位置、折射率比、角度）；浓度（太浓出现散斑；太稀无统计意义）四、在粒子图像测速技术中，相比于自相关，互相关技术有哪些优点？（10分）1.空间分辨率高：互相关图像用的是两帧粒子图像，粒子浓度可以比自相关更浓，可用更小的分析区来获得更多的有效粒子对。2.分析区的偏移量允许有更多的有效粒子对3.不需要像移装置，由于两帧图像的先后顺序已知，故不需附加的装置就可判断粒子运动方向4.信噪比不同。互相关采用多帧单脉冲法来拍摄图像从而减少了背景噪声的相关峰值，提高了信噪比5.测量范围和精度不同。互相关只要求定位一个高峰的形心，精度容易保证。注：互相关的不足之处计算量很大，需要三次二维傅里叶变换；可测量的最大速度受捕获硬件的限制；时间分辨率受到限制五、内燃机缸内温度场的双色测温技术中，两个波长选择在可见光波段内具有怎样的优点？（10分）测量系统对于可见光的敏感性比红外线高可避免气体分子辐射光的影响不同温度在可见光范围内辐射差别较大六、内燃机燃烧过程研究主要的光学测试平台有哪几种？各自有什么特点？（20分）1.光学发动机。2.定容燃烧系统。优点：可排除复杂因素的干扰，固定参数，对某些问题进行精细的研究。缺点：与实际发动机的运行状况相差较大。3.快速压缩膨胀系统。有运动件，实现单次的快速压缩-膨胀。具有光学发动机和定容燃烧系统两者的优缺点。4.内窥镜定容燃烧系统。对发动机改动最小，最为接近真实的发动机工作状态，但图像有失真，不容易做定量的标定。七、请简述内燃机喷雾粒径测量中常用技术及各自的主要原理和特点。（20分）1.夫琅和费衍射粒径测量技术2.相位多普勒粒径测量技术。通过分析穿越激光测量体的球形粒子反射或折射的散射光产生的相位移动来确定粒子的大小。3.激光全息技术