[發明專利]一種爐膛火焰光譜衰減系數分布的在線測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202010027102.8
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111198038A
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 劉桂生;趙重陽;王煜偉;黃俊;韓哲哲;許傳龍
• 申請（專利權）人: 國家能源集團諫壁發電廠
• 主分類號: G01J3/42
• 分類號: G01J3/42;G01J3/44;G01J1/42
• 代理公司: 南京源古知識產權代理事務所(普通合伙) 32300
• 代理人: 杜杰

1.一種爐膛火焰光譜衰減系數分布的在線測量裝置，包括：1個同步控制器、1個脈沖激光器、n²-n個光電耦合器、1個數據采集卡、n+1個分束器、n個定位器、n個冷卻防護裝置及1臺工控機，所述定位器位于同一正n邊行的定點上并朝向該正n邊形的中心，其特征在于：

所述同步控制器用于觸發脈沖激光器和光電耦合器使之發射和采集同步；

所述脈沖激光器用于主動發射脈沖激光與火焰發生作用；

所述光電耦合器用于定向接收脈沖激光光束并將光信號轉換為電信號；

所述數據采集卡用于將光電耦合器輸出的電信號傳輸至工控機；

所述分束器用于將激光通過兩級分束分成n²-n束；

所述定位器用于固定發射光纖和光電耦合器；

所述冷卻防護裝置用于在爐墻開孔處對光纖、光電探測器等測量裝置和爐內高溫和高塵介質隔離；

所述工控機用于處理數據和保存測量結果。

2.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：所述脈沖激光器為中心波長為450nm的藍光單模光纖耦合脈沖激光器。

3.根據權利要求2所述的測量裝置，其特征在于：所述分束器包括兩級，其中第一級數量為1個將脈沖激光光束分束為1分n路；第二級分束數量為n個，每一個均將脈沖激光光束分束為n-1路。

4.根據權利要求3所述的測量裝置，其特征在于：所述定位器均含有2(n-1)個固定位，可上排(n-1)個固定位用于固定單模發射光纖，下排(n-1)個固定位用于固定光電耦合器。

5.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：所述n為8。

6.根據權利要求1-5中任一所述的測量裝置，其特征在于，該裝置的具體測量方法為：

S1：在爐墻上等角度的開8個觀測孔，并在每個觀測孔上安裝冷卻防護裝置和定位器；

S2：連接單模光纖脈沖激光器和分束器，將激光器發出的光束分成56份，并對分別編號；

S3：連接同步控制器和激光器與光電耦合器，測量獲得56束出射光纖的光強值，記為

S4：調整定位器讓56對發射光纖和光電耦合器進行對準，將整個爐膛劃分成112個四邊形網格，并對網格進行編號；

S5：利用同步控制器同步激光器和光電耦合器，將56路光電耦合器采集到的光強信號通過數據采集卡傳輸到工控機中；

S6：建立光電耦合器光強與每個網格中火焰的光譜衰減系數之間的關系，

式中：表示第i路光電耦合器采集到的光強大小，表示第i路出射光纖發射的光強大小，n表示第i路光線所經過的控制體網格總個數，β_λ,j表示第j個控制體網格的光譜衰減系數，Δs_j表示第i路光線在第j個控制體網格中穿行的距離，S_n和S_k分別表示第n和k個控制體網格的散射源項。

S7：假定每個控制體網格的散射源項分布通過L-M法根據公式(1)反演出每個控制體網格的光譜衰減系數將第k次的光譜衰減系數結果代入公式(2)計算出光譜輻射強度I_λ(r,Ω)，進而根據散射輻射源項的定義式(3)計算獲得第k+1次的散射源項分布進而再根據L-M法更新第k+1次的光譜衰減系數重復以上操作直至收斂。

式中：I_λ(r,Ω)表示第位置為r處沿Ω方向上波長為λ的輻射強度，s表示沿Ω方向的距離，ω表示火焰的散射反照率，S_λ(r)和β_λ(r)分別表示在波長為λ下在r處的光譜散射源項和衰減系數，Ω′為立體角大小。