基于微透镜阵列与调制激光的火焰温度泛尺度光场探测方法

摘要

基于微透镜阵列与调制激光的火焰温度泛尺度光场探测方法，涉及高温热辐射测量技术领域。本发明是为了适应火焰光场探测中对于泛尺度分析的需求。本发明所述的基于微透镜阵列与调制激光的火焰温度泛尺度光场探测方法，利用具有微透镜阵列的光场相机获取高温火焰不同方向上的辐射强度信息，通过将调制激光照射到火焰上，由探测器接收到的介质边界上的出射光谱辐射强度通过逆问题求解得到介质的光谱辐射特性参数，结合火焰自身的出射辐射强度重建出高温火焰的三维温度场。本发明实现对高温火焰的辐射特性参数和温度场的重建，并为光场相机的标定、测量等工作提供理论基础。

主权项

基于微透镜阵列与调制激光的火焰温度泛尺度光场探测方法，该方法是基于以下装置实现的，所属装置包括：激光控制器(1)、激光头(2)、光电探测器(4)、数据采集处理系统(5)和微透镜阵列光场相机(6)；激光控制器(1)的激光控制信号输出端连接激光头(2)的激光控制信号输出端，光电探测器(4)均匀分布在火焰3周围，光电探测器(4)的光电探测信号输出端连接数据采集处理系统(5)的光电探测信号输入端，微透镜阵列光场相机(6)的断层三维辐射场信号输出端连接数据采集处理系统(5)的断层三维辐射场信号输入端；其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：开启激光控制器(1)，使激光头(2)发射出的调制激光入射到火焰3上，然后使激光头(2)顺时针旋转，且每次旋转的角度均为30°，直至激光头(2)旋转回初始位置，激光头(2)每旋转一次则利用光电探测器(4)采集一次火焰3透射或反射出的激光，然后将光电探测器(4)获得的所有光电探测信号发送至数据采集处理系统(5)中，数据采集处理系统(5)分别对其获得的光电探测信号进行处理，获得火焰3边界的出射光谱辐射强度值I_mi，i为激光头2旋转次数，i＝1，2，...，12；步骤二：关闭激光控制器(1)，保持火焰3稳定，利用微透镜阵列光场相机(6)从单角度成像获取火焰3的断层三维辐射场信号，然后将该断层三维辐射场信号发送至数据采集处理系统(5)，数据采集处理系统(5)对断层三维辐射场信号进行处理，获得火焰3自身的出射光谱辐射强度测量值I_n；步骤三：将步骤一获得的火焰3边界的出射光谱辐射强度值I_mi分别与步骤二获得的火焰3自身的出射光谱辐射强度测量值I_n作差，获得消除了自辐射的光谱辐射强度测量值M_i；步骤四：根据逆问题算法假设火焰光谱辐射物性参数为k，将该火焰光谱辐射物性参数k代入频域辐射传输方程，并对该频域辐射传输方程求解获得消除了自辐射的光谱辐射强度估计值E_i；步骤五：以步骤三获得的光谱辐射强度测量值M_i与步骤四获得的光谱辐射强度估计值E_i的最小二乘作为火焰光谱辐射物性参数目标函数方程，并求解该火焰光谱辐射物性参数目标函数方程的目标函数值，然后将该目标函数值与火焰光谱辐射物性参数的给定目标函数阈值进行比较，判断目标函数值是否小于给定目标函数阈值，是则步骤四中假设的火焰光谱辐射物性参数k为真实的火焰光谱辐射物性参数，然后执行步骤六，否则返回步骤四；步骤六：利用真实的火焰光谱辐射物性参数和逆问题算法假设火焰温度场为T，将假设火焰温度场T代入火焰3的温度场辐射传输方程，并对火焰3的温度场辐射传输方程求解获得火焰3自身的出射辐射强度估计值I'_n；步骤七：利用步骤二获得的出射光谱辐射强度测量值I_n和步骤六获得的出射辐射强度估计值I'_n构造温度场目标函数方程，并求解该温度场目标函数方程的温度场目标函数值，然后将该温度场目标函数值与温度场给定目标函数阈值进行比较，判断该温度场目标函数值是否小于温度场给定目标函数阈值，是则步骤六中假设的火焰温度场T为火焰3的真实温度场，完成火焰温度泛尺度光场探测，否则返回步骤六。