[發明專利]一種多光譜輻射測溫裝置及方法

有效

• 申請號: 201310633736.8
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103644972B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 陳紹武;張磊;陶蒙蒙;趙新艷;楊鵬翎;張振榮;胡志云;葉景峰;馮國斌
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G01J5/08
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司61100
• 代理人: 李中群

技術領域

本發明涉及光學測量傳感領域，特別是提供了一種用于燃燒流場的多光譜輻射測溫裝置及方法。

背景技術

在爆轟場、燃燒場研究中，溫度是燃燒反應的一個重要狀態參數，利用這個參數可以較好地了解爆轟、燃燒過程中的熱能變化，以及燃燒過程中以輻射、對流及導熱為形式的熱量傳遞過程。火焰溫度分布測量通常有接觸法和非接觸法，其中非接觸法因為對火焰場引入干擾較少而應用較廣。

在非接觸法溫度參數測量中，基于光譜輻射原理的測溫法是一種常用的方法，通過測量光譜輻射強度和波長的關系計算得到溫度值，其基本原理如下：

火焰的強度和波長是溫度的函數，其譜功率密度出射度E(λ,T)可用Plank公式表示為

E(λ,T)=ϵC1λ5[exp(C2/λT)-1]---(1)]]>

式中：λ為工作波長，T為工作溫度，C₁和C₂分別為第一輻射常數和第二輻射常數，ε為發射率系數，通常與波長等參數相關，故測量某波段的輻射功率則可以間接得到輻射場的溫度。

常見的基于光譜輻射原理的測溫法有單光譜測溫法、比色測溫法和多光譜輻射測溫法。單光譜測溫法通過測量某一波長處的絕對輻射強度，計算得到溫度值，在實施中需要對系統的絕對響應值進行準確標定，并且要設定發射率系數ε值，故帶來的測量不確定度較大。比色法通過對兩個波長接近的波段進行探測，并根據其響應信號的比值計算得到溫度參數，故不需要獲得系統絕對響應值，但是在計算的前提是假設兩個接近波長的發射率系數ε相等，給實際測量帶來了不確定度。多光譜輻射測溫法是采用光譜儀記錄較寬波段內的火焰發射光譜曲線，并與Plank公式擬合得到溫度值，由于采用了多點數據擬合，故具有較高的測量精度，此外在實際火焰的發射譜中除了符合Plank公式的熱輻射信號外，還疊加有鈉、鉀等元素的特征發射譜線，而采用多波長測溫法可以針對性地剔除掉此譜段，選取其他波段的有效參數進行擬合，故具有更廣泛的適用性。

但是在多光譜輻射測溫方法中，如何克服發射率系數ε對光譜曲線的影響成為難點之一。發表在《動力工程》第19卷6期上的“基于輻射強度多波長分析的燃燒火焰溫度測量方法的實驗研究”中，作者給出了一種發射率系數ε經驗模型，并通過解算多個波長點對應輻射強度的超越方程組，計算得到了ε隨波長的變化關系和溫度值。但是這種方法建立在ε經驗模型上，容易受到不同火焰參數的限制產生具有較大的不確定度，此外數據處理過程較為復雜。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種用于多光譜輻射測溫系統的發射率自校準裝置和方法，可以實時獲得與測溫通道同區域火焰處的反射率系數，用于多光譜輻射測溫系統的參數校正，提高測量不確定度。

本發明的技術方案如下：

一種多光譜輻射測溫裝置，包括脈沖寬譜光源和依次設置在脈沖寬譜光源出射光路上的入射準直透鏡組、出射準直透鏡組和光譜儀，待測量火焰設置在入射準直透鏡組和出射準直透鏡組之間，脈沖寬譜光源出射光經過入射準直透鏡組準直后，穿過火焰的待測量區域，并經出射準直透鏡組，耦合進光譜儀。

上述多光譜輻射測溫裝置中，脈沖寬譜光源為超連續譜激光器或發光二極管寬譜光源，經驅動源調制后實現脈沖輸出。