專利名稱：一種同時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒火焰溫度場(chǎng)和中間產(chǎn)物濃度二維分布的方法
一種同時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒火焰溫度場(chǎng)和中間產(chǎn)物濃度二維分布的方法技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種同時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒火焰溫度場(chǎng)和中間產(chǎn)物濃度二維分布的方法， 它主要利用火焰輻射光譜學(xué)、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)量燃燒火焰的溫度分布。
背景技術(shù)：
燃燒是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)變化過(guò)程，其主要外在表現(xiàn)形式是火焰及其 電磁輻射(包括光和熱)。由于現(xiàn)有測(cè)量手段的限制，盡管提出過(guò)許多個(gè)燃燒 模型(數(shù)學(xué)的、物理的、化學(xué)的)，但在某種程度上來(lái)講燃燒過(guò)程仍被作為一 種"黑匣子"來(lái)對(duì)待。
火焰的溫度直接取自燃燒室，其信息直接反映燃燒的狀況，所以火焰溫度 是燃燒研究中主要參數(shù)之一，該參數(shù)對(duì)于燃燒過(guò)程的組織非常重要。而又有眾 多研究表明，燃燒中間產(chǎn)物在火焰內(nèi)部的分布與火焰的溫度分布、燃料種類、 燃燒裝置運(yùn)行工況與燃燒效率及燃燒最終的污染物排放有著緊密的聯(lián)系，因此 為了正確認(rèn)識(shí)燃燒過(guò)程、有效驗(yàn)證各種模型、在線、實(shí)時(shí)、定量預(yù)測(cè)污染氣體 的排放量，燃燒火焰的溫度和燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物的分布是有待測(cè)量的 重要參數(shù)。
目前有許多工程技術(shù)人員從事燃燒過(guò)程監(jiān)測(cè)、控制及污染氣體排放預(yù)測(cè)的 研究，在線、同時(shí)獲取燃燒火焰的溫度分布和中間產(chǎn)物在火焰中的分布具有重 要意義。目前，對(duì)于火焰的溫度分布和燃燒中間產(chǎn)物的分布是分別獲得的，火 焰的溫度分布大多釆用比色法、三色法得到，而燃燒中間產(chǎn)物的濃度分布可以 通過(guò)釆用光譜儀測(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)，但該方法測(cè)得的結(jié)果是產(chǎn)物的總體平均濃度或單點(diǎn) 局部濃度，無(wú)法同時(shí)測(cè)取其濃度分布信息，致使燃燒模型(包括中間產(chǎn)物的再 反應(yīng))難以得到有效驗(yàn)證。而采用激光誘導(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，但該方法不宜同時(shí)獲取兩種以上 的中間產(chǎn)物的二維分布，且該類方法成本昂貴、安裝復(fù)雜，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中 存在許多困難。
本發(fā)明公開(kāi)一種釆用幾何光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量燃燒中間產(chǎn)物特征輻射信號(hào)強(qiáng)度來(lái) 在線監(jiān)測(cè)燃燒火焰中間產(chǎn)物的濃度分布信息及利用比色法實(shí)時(shí)測(cè)量燃燒火焰的 溫度分布的系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固、性價(jià)比高，適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。而由于該 監(jiān)測(cè)方法是在線、實(shí)時(shí)的，不存在時(shí)間上的大滯后問(wèn)題，因而本發(fā)明對(duì)在線調(diào) 整燃燒工況參數(shù)、實(shí)現(xiàn)燃燒過(guò)程的閉環(huán)控制、提高燃燒效率、降低污染氣體排 放有著重要的意義。本發(fā)明在電力、能源、冶金等行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種在線、同時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒火焰溫度場(chǎng)和中間產(chǎn)物濃度二維分布的 方法，它主要利用火焰輻射光譜學(xué)、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)量燃燒火焰的溫度分 布。
本發(fā)明提供的一種同時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒火焰溫度場(chǎng)和中間產(chǎn)物濃度二維分布的
方法釆用以下技術(shù)方案
該方法包括火焰探測(cè)裝置、分光裝置、濾波裝置、探測(cè)處理裝置?；鹧嫣?測(cè)裝置包括火焰窺鏡裝置及其前端的廣角鏡和冷卻套簡(jiǎn)，火焰輻射光經(jīng)窺鏡裝 置傳遞給分光裝置，分光后經(jīng)濾波裝置得到四路中心波長(zhǎng)不同的窄帶光信號(hào)。 探測(cè)處理裝置包括CCD接收裝置和軟件處理系統(tǒng)，通過(guò)CCD接收裝置得到四路 不同的光強(qiáng)分布圖像，根據(jù)黑體輻射定律，其中兩路信號(hào)的光強(qiáng)分布圖像相減 得到對(duì)應(yīng)燃燒中間產(chǎn)物的濃度分布圖像；另兩路窄帶光信號(hào)的光強(qiáng)相比，根據(jù) 比色法可以得到火焰溫度場(chǎng)分布。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)并同時(shí)監(jiān)測(cè)火焰中間產(chǎn)物濃 度和火焰溫度場(chǎng)的二維分布。
其中，所述火焰窺鏡裝置前端為探測(cè)廣角鏡，由凸面鏡和凹面鏡設(shè)計(jì)組成， 實(shí)現(xiàn)探測(cè)整個(gè)火焰輻射全波段的光波的功能?；鹧娓Q鏡裝置外部有冷卻套簡(jiǎn)， 冷卻方式可為氣冷或水冷或兩者組合。其中，所述分光裝置包括六個(gè)分光棱鏡，三個(gè)分光棱鏡具有增透膜和增反 膜，三個(gè)分光棱鏡只具有增反膜，得到兩組光強(qiáng)相同或近似相同的圖像。
其中，所述濾波裝置包括濾波器和固定安裝機(jī)械裝置，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)選定所述濾波器通光 波段的中心波長(zhǎng)及半波寬。其中在實(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)火焰中間產(chǎn)物濃度的兩條光路中， 選擇使用的濾波器具有相同的半波寬。
其中，所述分光棱鏡出射光線經(jīng)過(guò)所述濾波裝置得到四個(gè)中心波長(zhǎng)不同的
窄帶光信號(hào)l、窄帶光信號(hào)2、窄帶光信號(hào)3、窄帶光信號(hào)4，其中所述窄帶光 信號(hào)1與所述窄帶光信號(hào)2為窄帶光信號(hào)且具有相同的半波寬，所述窄帶光信 號(hào)l的中心波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)疊加在火焰黑體輻射信號(hào)分布上的特定燃燒中間產(chǎn)物的特 征譜線的中心波長(zhǎng)，所述窄帶光信號(hào)2的中心波長(zhǎng)盡量靠近所述窄帶光信號(hào)1 所占波段,且所述窄帶光信號(hào)2所占波段與所述窄帶光信號(hào)1所占波段不重疊， 所述窄帶光信號(hào)2所占波段內(nèi)不存在任何火焰輻射特征譜線。所述窄帶光信號(hào) 3與所述窄帶光信號(hào)4為窄帶光信號(hào)且具有相同的半波寬，所述窄帶光信號(hào)3 為非特征譜線的火焰黑體輻射上的波長(zhǎng)3信號(hào)，所述窄帶光信號(hào)4為非特征譜 線的火焰黑體輻射上的波長(zhǎng)4信號(hào)。
其中，所述探測(cè)處理裝置包括CCD接收裝置和軟件處理系統(tǒng)，所述CCD接 收裝置包括前端用于CCD相機(jī)成像的相機(jī)鏡頭裝置，所述CCD接收裝置能夠得 到經(jīng)過(guò)探測(cè)裝置、分光裝置和濾波裝置后的光學(xué)影像，并將圖像信息轉(zhuǎn)化為數(shù) 字信號(hào)傳遞給所述軟件處理系統(tǒng)。CCD的面積大小與成像大小有著對(duì)應(yīng)放大關(guān) 系，決定了 CCD相機(jī)的物距與像距大小。
其中，所述軟件處理系統(tǒng)把所述窄帶光信號(hào)1與所述窄帶光信號(hào)2的光強(qiáng) 分布圖像相減，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。局部特征輻射信號(hào)強(qiáng)度越大，被測(cè)量燃燒中間產(chǎn)物的局部濃度越高。把所 述窄帶光信號(hào)3與所述窄帶光信號(hào)4的光強(qiáng)相比，根據(jù)燃燒火焰的溫度與火焰 在兩個(gè)波長(zhǎng)下的輻射強(qiáng)度比的函數(shù)關(guān)系式，得到火焰溫度場(chǎng)分布。
其中，可以運(yùn)用多組分光棱鏡系統(tǒng)，并采用不同濾波范圍的濾波裝置，實(shí)
6時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒火焰中的多種中間產(chǎn)物的濃度和溫度，從而呈現(xiàn)多種中間產(chǎn)物濃度 場(chǎng)和火焰溫度場(chǎng)的二維分布。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明公開(kāi) 一種通過(guò)測(cè)量燃燒中間產(chǎn)物特征輻射信號(hào) 強(qiáng)度來(lái)在線監(jiān)測(cè)火焰燃燒中間產(chǎn)物的濃度和火焰溫度分布信息的系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊 湊、堅(jiān)固、性價(jià)比高，適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。而由于該監(jiān)測(cè)方法是在線、實(shí)時(shí)的， 不存在時(shí)間上的大滯后問(wèn)題，因而本發(fā)明不僅可為在線監(jiān)測(cè)火焰燃燒狀態(tài)、有 效驗(yàn)證燃燒模型提供一種有效的測(cè)量手段，而且對(duì)在線調(diào)整燃燒工況參數(shù)、實(shí) 現(xiàn)燃燒過(guò)程的閉環(huán)控制、提高燃燒效率、降低污染氣體排放有著重要的意義。 本發(fā)明專利技術(shù)在即不接觸測(cè)量對(duì)象、又不破壞測(cè)量對(duì)象的前提下，實(shí)時(shí)并同 時(shí)獲取燃燒火焰溫度場(chǎng)和多種燃燒中間產(chǎn)物濃度的二維分布信息。本發(fā)明專利 技術(shù)在電力、能源、冶金等行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。
說(shuō)明書(shū)附圖
圖l是檢測(cè)火焰濃度的方法組成示意圖2是探測(cè)燃燒中間產(chǎn)物與火焰溫度分布的特征譜線示意具體實(shí)施方式
通過(guò)前端的火焰探測(cè)廣角鏡101最大范圍內(nèi)收集火焰輻射光，之后經(jīng)過(guò)所 述火焰窺鏡裝置102傳遞給所述分光裝置104和105，所述冷卻套簡(jiǎn)103對(duì)火 焰窺鏡裝置102 (包括火焰探測(cè)廣角鏡101)進(jìn)行降溫處理?；鹧嫣綔y(cè)廣角鏡 101能迅速、準(zhǔn)確地得到火焰輻射光?；鹧娓Q鏡裝置102 (包括火焰探測(cè)廣角 鏡101 )及冷卻套簡(jiǎn)103的長(zhǎng)度依據(jù)燃燒裝置的壁厚設(shè)計(jì)， 一般為幾十厘米到 l米。冷卻的方式可為氣冷或水冷或兩者組合。
入射輻射光傳遞給分光裝置104和105。首先入射分光棱鏡104，由于分 光棱鏡104具有增透膜和增反膜，增透系數(shù)與增反系數(shù)相同。所以入射的火焰 光一半能量透射出去，形成光信號(hào)I。另一部分反射給分光棱鏡105。分光棱 鏡105上具有增反膜，增反系數(shù)為l，幾乎全部反射出去，形成光信號(hào)II。此 時(shí)光信號(hào)I和光信號(hào)II強(qiáng)度相同。出射的光信號(hào)I傳遞給分光裝置107和106。首先入射分光棱鏡107,由 于分光棱鏡107具有增透膜和增反膜，增透系數(shù)與增反系數(shù)相同，所以入射的 火焰光一半能量透射出去，形成光信號(hào)1。另一部分反射給分光棱鏡106。分 光棱鏡106上具有增反膜，增反系數(shù)為l,幾乎全部反射出去，形成光信號(hào)2。 此時(shí)光信號(hào)1和光信號(hào)2強(qiáng)度相同。
出射的光信號(hào)1I傳遞給分光裝置108和109。首先入射分光棱鏡108，由 于分光棱鏡108具有增透膜和增反膜，增透系數(shù)與增反系數(shù)相同，所以入射的 火焰光一半能量透射出去，形成光信號(hào)3。另一部分反射給分光棱鏡109。分 光棱鏡109上具有增反膜，增反系數(shù)為l,幾乎全部反射出去，形成光信號(hào)4。 此時(shí)光信號(hào)3和光信號(hào)4強(qiáng)度相同。
光信號(hào)l、光信號(hào)2、光信號(hào)3和光信號(hào)4分別經(jīng)過(guò)窄帶濾波器111、窄帶 濾波器110、窄帶濾波器112和窄帶濾波器113后得到中心波長(zhǎng)為;^的窄帶光 信號(hào)l、中心波長(zhǎng)為^的窄帶光信號(hào)2、中心波長(zhǎng)為^的窄帶光信號(hào)3、中心波 長(zhǎng)為A的窄帶光信號(hào)4。其中在實(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lll和濾波器110具有相同的半波寬；在實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)火焰中間產(chǎn)物濃度 的兩條光路中，選擇使用的濾波器112和濾波器113具有相同的半波寬。
所述窄帶濾波器110和111的中心波長(zhǎng)及半波寬的選擇方式如下具體所述: 窄帶濾波器110的中心波長(zhǎng)&對(duì)應(yīng)被測(cè)量燃燒中間產(chǎn)物的特征輻射譜線中心波 長(zhǎng)，窄帶濾波器110的半波寬AA根據(jù)被測(cè)量燃燒中間產(chǎn)物的特征輻射譜線的 半波寬zU。選擇， 一種選擇滿足A義〉A(chǔ)義。，或者一種選擇為A;i產(chǎn)A;i。；窄帶濾波器 111的中心波長(zhǎng)^的 選取滿足k-;^ 1^2A^窄帶濾波器111與窄帶濾波器IIO 具有相等的半波寬，且[^-A義，A+A/U波段內(nèi)不存在其他產(chǎn)物的特征輻射譜 線。只要與其他產(chǎn)物的特征譜線不交疊， 一般可選擇4-V2AA或4、+2A;L
所述窄帶光信號(hào)1的強(qiáng)度為所述窄帶光信號(hào)1所占波段內(nèi)火焰黑體輻射信 號(hào)強(qiáng)度205與特定燃燒中間產(chǎn)物的特征輻射信號(hào)強(qiáng)度201之和，所述窄帶光信 號(hào)2的強(qiáng)度為所述窄帶光信號(hào)2所占波段內(nèi)火焰黑體輻射信號(hào)的強(qiáng)度202。由 于A靠近^，可以認(rèn)為，所述窄帶光信號(hào)l所占波段內(nèi)火焰黑體輻射信號(hào)強(qiáng)度 205與所述窄帶光信號(hào)2所占波段內(nèi)火焰黑體輻射信號(hào)的強(qiáng)度202相等。所述窄帶光信號(hào)3為火焰黑體輻射上非特征譜線的中心波長(zhǎng)為;i3的信號(hào)
203，所述窄帶光信號(hào)4為火焰黑體輻射上非特征譜線的中心波長(zhǎng)為;i,的信號(hào)204。
所述窄帶濾波器112和113的半波寬的選擇方式如下具體所述窄帶濾波器112與窄帶濾波器113具有相同的半波寬A;L所述窄帶濾波器112和113的中心波長(zhǎng)的選擇方式如下所述:窄帶濾波器112的中心波長(zhǎng)A與窄帶濾波器113的中心波長(zhǎng)^應(yīng)在火焰黑體輻射光譜范圍及CCD接收裝置115的響應(yīng)光譜
范圍內(nèi)，且窄帶濾波器112所透過(guò)的[VAA， A+A義]波段與窄帶濾波器113所透過(guò)的U4 -A義，義4 波段不重疊，且[& -AA， & 波段與
[義4 -ZU2, A4 +A>y波段內(nèi)不包含任何物質(zhì)的特征輻射譜線。
濾波后的信號(hào)201與窄帶光信號(hào)205的和傳遞給CCD接收裝置115前端的相機(jī)鏡頭裝置114;信號(hào)202同時(shí)傳遞給CCD接收裝置115前端的相機(jī)鏡頭裝置114。相機(jī)鏡頭裝置114用于對(duì)CCD接收裝置115成像。所述CCD接收裝置115把光學(xué)影像116和117轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并傳遞給所述軟件處理系統(tǒng)(

圖1中沒(méi)有給出)。通過(guò)所述軟件處理系統(tǒng)把所述窄帶光信號(hào)201與窄帶光信號(hào)205的和與所述窄帶光信號(hào)202的光強(qiáng)分布圖像117和116相減，從而得到實(shí)際意義的燃燒中間產(chǎn)物的特征譜線強(qiáng)度201。局部特征輻射信號(hào)強(qiáng)度越大，被測(cè)量燃燒中間產(chǎn)物的局部濃度越高。
濾波后的窄帶光信號(hào)203和窄帶光信號(hào)204傳遞給CCD接收裝置115前端的相機(jī)鏡頭裝置114，用于對(duì)CCD接收裝置115成像，所述CCD接收裝置115把光學(xué)影像118和119轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并傳遞給所述軟件處理系統(tǒng)(沒(méi)有在圖1中標(biāo)示出？)。通過(guò)所述軟件處理系統(tǒng)把所述窄帶光信號(hào)203與所述窄帶光信號(hào)2(M的光強(qiáng)/(A)118和光強(qiáng)/(^)119相比，并根據(jù)燃燒火焰的溫度與火焰在兩個(gè)波長(zhǎng)下的輻射強(qiáng)度比的函數(shù)關(guān)系式
^微 (1.1)
實(shí)時(shí)得到燃燒火焰的溫度分布圖像。測(cè)量到的/(^)和/(A)發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)的燃燒火焰的溫度也相應(yīng)地發(fā)生變化。
9該發(fā)明型專利所述方法可以擴(kuò)展成為多個(gè)分光棱鏡系統(tǒng)，并釆用不同濾波 范圍的濾波裝置，可實(shí)時(shí)并同時(shí)檢測(cè)燃燒火焰的溫度場(chǎng)及多種燃燒中間產(chǎn)物濃 度的二維分布信息。
權(quán)利要求
1、本發(fā)明公開(kāi)了一種同時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒火焰溫度場(chǎng)和中間產(chǎn)物濃度二維分布的方法，包括火焰探測(cè)裝置、分光裝置、濾波裝置、探測(cè)處理裝置?；鹧嫣綔y(cè)裝置包括火焰窺鏡裝置及其前端的廣角鏡和冷卻套筒，火焰輻射光經(jīng)窺鏡裝置傳遞給分光裝置，分光后經(jīng)濾波裝置得到四路中心波長(zhǎng)不同的窄帶光信號(hào)。探測(cè)處理裝置包括CCD接收裝置和軟件處理系統(tǒng)，通過(guò)CCD接收裝置得到四路不同的光強(qiáng)分布圖像，根據(jù)黑體輻射定律，其中兩路信號(hào)的光強(qiáng)分布圖像相減得到對(duì)應(yīng)燃燒中間產(chǎn)物的濃度分布圖像；另兩路窄帶光信號(hào)的光強(qiáng)相比，根據(jù)比色法可以得到火焰溫度場(chǎng)分布。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)并同時(shí)監(jiān)測(cè)火焰中間產(chǎn)物濃度和火焰溫度場(chǎng)的二維分布。
2、 按照權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒火焰溫度場(chǎng)和中間產(chǎn)物濃度 二維分布的方法，其特征在于所述火焰窺鏡裝置前端為探測(cè)廣角鏡，由凸面鏡 和凹面鏡設(shè)計(jì)組成，實(shí)現(xiàn)探測(cè)整個(gè)火焰輻射全波段的光波的功能?；鹧娓Q鏡裝 置外部有冷卻套筒，冷卻方式可為氣冷或水冷或兩者組合。
3、 按照權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒火焰溫度場(chǎng)和中間產(chǎn)物濃度 二維分布的方法，其特征在于所述分光裝置包括六個(gè)分光棱鏡，三個(gè)分光棱鏡 具有增透膜和增反膜，三個(gè)分光棱鏡只具有增反膜，得到兩組光強(qiáng)相同或近似 相同的圖像。
4、 按照權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒火^j溫度場(chǎng)和中間產(chǎn)物濃度 二維分布的方法，其特征在于所述濾波裝置包括濾波器和固定安裝機(jī)械裝置， 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 定所述濾波器通光波段的中心波長(zhǎng)及半波寬。其中在實(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)火焰中間產(chǎn)物濃 度的兩條光路中，選擇使用的濾波器具有相同的半波寬。
5、 按照權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒火焰溫度場(chǎng)和中間產(chǎn)物濃度 二維分布的方法，其特征在于所述分光棱鏡出射光線經(jīng)過(guò)所述濾波裝置得到四 個(gè)中心波長(zhǎng)不同的窄帶光信號(hào)1、窄帶光信號(hào)2、窄帶光信號(hào)3、窄帶光信號(hào)4， 其中所述窄帶光信號(hào)1與所述窄帶光信號(hào)2為窄帶光信號(hào)且具有相同的半波寬，所述窄帶光信號(hào)1的中心波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)疊加在火焰黑體輻射信號(hào)分布上的特定燃燒中間產(chǎn)物的特征譜線的中心波長(zhǎng)，所述窄帶光信號(hào)2的中心波長(zhǎng)盡量靠近 所述窄帶光信號(hào)1所占波段，且所述窄帶光信號(hào)2所占波段與所述窄帶光信號(hào) l所占波段不重疊，所述窄帶光信號(hào)2所占波段內(nèi)不存在任何火焰輻射特征譜 線。所述窄帶光信號(hào)3與所述窄帶光信號(hào)4為窄帶光信號(hào)且具有相同的半波寬, 所述窄帶光信號(hào)3為非特征譜線的火焰黑體輻射上的波長(zhǎng)3信號(hào)，所述窄帶光 信號(hào)4為非特征譜線的火焰黑體輻射上的波長(zhǎng)4信號(hào)。
6、 按照權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒火焰溫度場(chǎng)和中間產(chǎn)物濃度 二維分布的方法，其特征在于所述探測(cè)處理裝置包括CCD接收裝置和軟件處理 系統(tǒng)，所述CCD接收裝置包括前端用于CCD相機(jī)成像的相機(jī)鏡頭裝置，所述CCD 接收裝置能夠得到經(jīng)過(guò)探測(cè)裝置、分光裝置和濾波裝置后的光學(xué)影像，并將圖 像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳遞給所述軟件處理系統(tǒng)。CCD的面積大小與成像大小 有著對(duì)應(yīng)放大關(guān)系，決定了 CCD相機(jī)的物距與像距大小。
7、 按照權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒火焰溫度場(chǎng)和中間產(chǎn)物濃度 二維分布的方法，其特征在于所述軟件處理系統(tǒng)把所述窄帶光信號(hào)1與所述窄 帶光信號(hào)2的光強(qiáng)分布圖像相減，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。局部特征輻射信號(hào)強(qiáng)度越大，被測(cè)量燃燒中間產(chǎn)物的局部 濃度越高。把所述窄帶光信號(hào)3與所述窄帶光信號(hào)4的光強(qiáng)相比，根據(jù)燃燒火 焰的溫度與火焰在兩個(gè)波長(zhǎng)下的輻射強(qiáng)度比的函數(shù)關(guān)系式，得到火焰溫度場(chǎng)分 布。
8、 按照權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒火焰溫度場(chǎng)和中間產(chǎn)物濃度 二維分布的方法，可以運(yùn)用多組分光棱鏡系統(tǒng)，并釆用不同濾波范圍的濾波裝 置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒火焰中的多種中間產(chǎn)物的濃度和溫度，從而呈現(xiàn)多種中間產(chǎn) 物濃度場(chǎng)和火焰溫度場(chǎng)的二維分布。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種同時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒火焰溫度場(chǎng)和中間產(chǎn)物濃度二維分布的方法，包括火焰探測(cè)裝置、分光裝置、濾波裝置、探測(cè)處理裝置?；鹧嫣綔y(cè)裝置包括火焰窺鏡裝置及其前端的廣角鏡和冷卻套筒，火焰輻射光經(jīng)窺鏡裝置傳遞給分光裝置，分光后經(jīng)濾波裝置得到四路中心波長(zhǎng)不同的窄帶光信號(hào)。探測(cè)處理裝置包括CCD接收裝置和軟件處理系統(tǒng)，接收裝置得到四路不同的光強(qiáng)分布圖像，根據(jù)絕對(duì)黑體輻射定律，其中兩路信號(hào)的光強(qiáng)分布圖像相減得到對(duì)應(yīng)燃燒中間產(chǎn)物的濃度分布圖像；另兩路窄帶光信號(hào)的光強(qiáng)相比，根據(jù)比色法可以得到火焰溫度場(chǎng)分布。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)并同時(shí)監(jiān)測(cè)火焰中間產(chǎn)物濃度和火焰溫度場(chǎng)的二維分布。
文檔編號(hào)G01J5/60GK101625269SQ20091009002
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者徐立軍, 李小路, 田祥瑞, 丞 譚 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)