[發(fā)明專利]一種基于光學(xué)補償設(shè)計的火焰溫度場和燃燒中間產(chǎn)物濃度場監(jiān)測系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910090030.5
• 申請日: 2009-07-27
• 公開（公告）號: CN101625270A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李小路;徐立軍;田祥瑞;譚丞
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01J5/60
• 分類號: G01J5/60;G01J5/08;G01N21/27;G01N21/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于光學(xué)補償設(shè)計的火焰溫度場和燃燒中間產(chǎn)物濃度場監(jiān)測系統(tǒng)；所述火焰溫度場和燃燒中間產(chǎn)物濃度場監(jiān)測系統(tǒng)其特征在于通過火焰窺鏡裝置及其前端的探測廣角鏡收集火焰輻射光傳遞給分光裝置；根據(jù)被監(jiān)測燃燒中間產(chǎn)物的特征譜線以及測量火焰溫度場所需光信號波長選定濾波器通光波段的中心波長及半波寬；在實現(xiàn)監(jiān)測火焰溫度場的兩條光路中，選擇使用的濾波器具有相同的半波寬；在實現(xiàn)監(jiān)測燃燒中間產(chǎn)物濃度的兩條光路中，其特征在于選擇使用的濾波器具有相同的半波寬；從濾波器裝置出射的窄帶光信號為：火焰黑體輻射信號分布上的特定燃燒中間產(chǎn)物的特征譜線1，靠近所述特征譜線且波段互不重疊的黑體輻射信號2，非特征譜線的黑體輻射上的信號3，非特征譜線的黑體輻射上的信號4，根據(jù)黑體輻射定律，通過火焰黑體輻射信號分布上的特定燃燒中間產(chǎn)物的特征譜線1減去靠近所述特征譜線且波段互不重疊的黑體輻射信號2的光強強度，得到實際意義的燃燒中間產(chǎn)物的特征輻射信號強度的二維分布；特征輻射信號強度越大，被測量燃燒中間產(chǎn)物的局部濃度越高；非特征譜線的黑體輻射上的信號3與非特征譜線的黑體輻射上的信號4的光強相比，根據(jù)比色法可以得到火焰溫度場分布；所述窄帶光信號在于由于各條光路不同，不同光路間存在光程差，又由于透鏡在不同波長下折射率不同產(chǎn)生色散效應(yīng)，使各光路具有不同距離的像平面，利用具有不同屈光度的光學(xué)補償透鏡對所述光程差及所述色散效應(yīng)進行補償，可以在CCD接收裝置上得到同一清晰度的光強分布圖像；利用兩路信號的光強分布圖像相減得到燃燒中間產(chǎn)物的濃度分布圖；利用另兩路光信號的光強相比，根據(jù)比色法得到火焰溫度場分布；利用軟件處理系統(tǒng)提取和處理已得到的圖像數(shù)據(jù)，最終能夠在線同時獲得火焰溫度和燃燒中間產(chǎn)物濃度二維分布的監(jiān)測圖像。

2.按照權(quán)利要求1所述的一種基于光學(xué)補償設(shè)計的火焰溫度場和燃燒中間產(chǎn)物濃度場監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述火焰窺鏡裝置及其前端的探測廣角鏡收集火焰輻射光傳遞給分光裝置；所述火焰窺鏡裝置包括探測廣角鏡和平行光裝置，探測廣角鏡可以更大范圍內(nèi)收集火焰輻射的光波，平行光裝置可以增大收集到的光波的傳輸距離。

3.按照權(quán)利要求1所述的一種基于光學(xué)補償設(shè)計的火焰溫度場和燃燒中間產(chǎn)物濃度場監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述火焰窺鏡裝置外部具有冷卻套筒，通過氣冷或水冷或兩者組合方式對包括探測廣角鏡和平行光裝置在內(nèi)的火焰窺鏡裝置進行降溫。

4.按照權(quán)利要求1所述的一種基于光學(xué)補償設(shè)計的火焰溫度場和燃燒中間產(chǎn)物濃度場監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述分光裝置包括多個分光棱鏡，具有半透半反膜或具有增反膜；鍍膜設(shè)計在可見光或者紫外光或者紅外光光譜范圍；具有半透半反膜的棱鏡分光比按照實際應(yīng)用要求設(shè)計；每個分光棱鏡的入射光和出射光的表面都需要鍍增透膜增大通光量。

5.按照權(quán)利要求1所述的一種基于光學(xué)補償設(shè)計的火焰溫度場和燃燒中間產(chǎn)物濃度場監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述CCD接收裝置前端有相機鏡頭裝置，所述相機鏡頭裝置具有調(diào)焦或變焦功能，也可同時改變物距與像距，且具有可調(diào)光圈控制鏡頭通光量，在一定范圍內(nèi)準(zhǔn)確地對火焰成像；所述CCD接收裝置可根據(jù)需要選擇在紫外光、可見光與紅外光光譜范圍內(nèi)具有特定光譜響應(yīng)范圍的CCD，以實現(xiàn)對不同波長下的火焰輻射光的成像；所述CCD接收裝置，其CCD的面積大小與成像大小有著對應(yīng)放大倍數(shù)關(guān)系。

6.按照權(quán)利要求1所述的一種基于光學(xué)補償設(shè)計的火焰溫度場和燃燒中間產(chǎn)物濃度場監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述軟件處理系統(tǒng)為C語言開發(fā)軟件系統(tǒng)，并且可與Matlab、labview、VC、VB計算機語言程序系統(tǒng)兼容開發(fā)；計算機顯示界面為人機交互界面，可以輸入和更改參數(shù)控制整個系統(tǒng)，提取和處理已得到的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過反饋數(shù)據(jù)可以調(diào)整基于光學(xué)補償設(shè)計的火焰溫度場和燃燒中間產(chǎn)物濃度場監(jiān)測系統(tǒng)。

7.按照權(quán)利要求1所述的一種基于光學(xué)補償設(shè)計的火焰溫度場和燃燒中間產(chǎn)物濃度場監(jiān)測系統(tǒng)，可以擴展成為多組分光棱鏡和光學(xué)補償透鏡，可以改變?yōu)V波器的通光譜帶范圍和光學(xué)補償透鏡具有的屈光度，從而同時監(jiān)測燃燒火焰中的多種中間產(chǎn)物的濃度和火焰的溫度，實時并同時地得到清晰準(zhǔn)確的燃燒中間產(chǎn)物的濃度和火焰溫度二維分布的監(jiān)測圖像。