[發(fā)明專利]一種基于光學(xué)補(bǔ)償設(shè)計(jì)的火焰溫度場(chǎng)和燃燒中間產(chǎn)物濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

無(wú)效

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

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明是一種基于光學(xué)補(bǔ)償設(shè)計(jì)的火焰溫度場(chǎng)和燃燒中間產(chǎn)物濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它主要利用黑體輻射規(guī)律和幾何光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)火焰燃燒產(chǎn)生的各種中間產(chǎn)物的濃度分布，利用比色法實(shí)時(shí)測(cè)量燃燒時(shí)的溫度分布，利用具有正屈光度或負(fù)屈光度的光學(xué)補(bǔ)償透鏡補(bǔ)償各光路中由于光程差和色散效應(yīng)造成的像質(zhì)差異。

【背景技術(shù)】

目前，主要通過(guò)光譜儀測(cè)量對(duì)應(yīng)譜線或譜帶下的光輻射信號(hào)強(qiáng)度來(lái)對(duì)燃燒火焰中間產(chǎn)物的濃度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，但其測(cè)量結(jié)果為單點(diǎn)濃度或區(qū)域平均濃度；另一方面采用激光誘導(dǎo)熒光、拉曼散射及傅立葉變換紅外光譜儀等可以獲得某產(chǎn)物或粒子的二維分布，但這些方法不易同時(shí)獲取兩種以上的中間產(chǎn)物的二維分布，且價(jià)格昂貴、安裝復(fù)雜，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中存在許多困難。

發(fā)射連續(xù)光譜的物體的熱輻射亮度與其溫度的關(guān)系符合熱輻射定律。由普朗克定律可知，可利用雙色法(亦稱比色法)測(cè)量火焰溫度，即，利用在CCD上得到的兩種不同波長(zhǎng)下的輻射強(qiáng)度的兩個(gè)圖像，通過(guò)求取兩個(gè)圖像中對(duì)應(yīng)像素響應(yīng)的比值來(lái)求得該像素的溫度值。若采用彩色CCD攝像機(jī)所拍攝的圖像，則可根據(jù)三基色原理和普朗克定律建立三色測(cè)溫法來(lái)測(cè)量火焰的溫度。

本發(fā)明在已存在的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮了由于光路不同和色散效應(yīng)造成的火焰溫度場(chǎng)與燃燒中間產(chǎn)物濃度場(chǎng)的成像模糊的補(bǔ)償問題。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(zhǎng)下折射率不同而產(chǎn)生色散效應(yīng)，使各光路具有不同距離的像平面。本發(fā)明利用不同的具有正或負(fù)屈光度的光學(xué)補(bǔ)償透鏡來(lái)補(bǔ)償上述光程差及色散效應(yīng)帶來(lái)的影響，使得CCD接收裝置得到各個(gè)光路的清晰度一致的火焰單色圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明是一種基于光學(xué)補(bǔ)償設(shè)計(jì)的火焰溫度場(chǎng)和燃燒中間產(chǎn)物濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它主要利用黑體輻射規(guī)律和幾何光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)燃燒火焰產(chǎn)生的各種中間產(chǎn)物的濃度分布，利用比色法實(shí)時(shí)測(cè)量燃燒時(shí)的溫度分布，利用具有正屈光度或負(fù)屈光度的光學(xué)補(bǔ)償透鏡補(bǔ)償各光路中由于色散和光程差造成的像質(zhì)差異。

本發(fā)明提供的一種基于光學(xué)補(bǔ)償設(shè)計(jì)的火焰溫度場(chǎng)和燃燒中間產(chǎn)物濃度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用以下技術(shù)方案：

該方法通過(guò)火焰窺鏡裝置及其前端的探測(cè)廣角鏡收集火焰輻射光傳遞給分光裝置；根據(jù)被監(jiān)測(cè)燃燒中間產(chǎn)物的特征譜線以及測(cè)量火焰溫度場(chǎng)所需光信號(hào)波長(zhǎng)選定濾波器通光波段的中心波長(zhǎng)及半波寬；在實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)火焰溫度場(chǎng)的兩條光路中，選擇使用的濾波器具有相同的半波寬；在實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)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(hào)為：火焰黑體輻射信號(hào)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(hào)2，非特征譜線的黑體輻射上的信號(hào)3，非特征譜線的黑體輻射上的信號(hào)4，根據(jù)黑體輻射定律，通過(guò)火焰黑體輻射信號(hào)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(hào)2的光強(qiáng)強(qiáng)度，得到實(shí)際意義的燃燒中間產(chǎn)物的特征輻射信號(hào)強(qiáng)度的二維分布；特征輻射信號(hào)強(qiáng)度越大，被測(cè)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(hào)3與非特征譜線的黑體輻射上的信號(hào)4的光強(qiáng)相比，根據(jù)比色法可以得到火焰溫度場(chǎng)分布；所述窄帶光信號(hào)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(zhǎng)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(bǔ)償透鏡對(duì)所述光程差及所述色散效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，可以在CCD接收裝置上得到同一清晰度的光強(qiáng)分布圖像；利用兩路信號(hào)的光強(qiáng)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(hào)的光強(qiáng)相比，根據(jù)比色法得到火焰溫度場(chǎng)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(shí)獲得火焰溫度和燃燒中間產(chǎn)物濃度二維分布的監(jiān)測(cè)圖像。

其中，所述火焰窺鏡裝置及其前端的探測(cè)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(cè)廣角鏡和平行光裝置，探測(cè)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。

其中，所述火焰窺鏡裝置外部具有冷卻套筒，通過(guò)氣冷或水冷或兩者組合方式對(duì)包括探測(cè)廣角鏡和平行光裝置在內(nèi)的火焰窺鏡裝置進(jìn)行降溫。

其中，所述分光裝置包括多個(gè)分光棱鏡，具有半透半反膜或具有增反膜；鍍膜設(shè)計(jì)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(shí)際應(yīng)用要求設(shè)計(jì)；每個(gè)分光棱鏡的入射光和出射光的表面都需要鍍?cè)鐾改ぴ龃笸ü饬俊?/p>