一种基于光学补偿设计的火焰温度场和燃烧中间产物浓度场监测系统

摘要

本发明公开一种基于光学补偿设计的火焰温度场和燃烧中间产物浓度场监测系统；通过火焰窥镜装置及其前端的探测广角镜收集火焰辐射光传递给分光装置，经滤波装置得到中心波长不同的窄带光信号；由于各条光路不同，不同光路间存在光程差，又由于透镜在不同波长下折射率不同产生色散效应，使各光路具有不同距离的像平面，利用具有不同屈光度的光学补偿透镜对所述光程差及所述色散效应进行补偿，可以在CCD接收装置上得到同一清晰度的光强分布图像；利用两路信号的光强分布图像相减得到燃烧中间产物的浓度分布图；利用另两路光信号的光强相比，根据比色法得到火焰温度场分布；本发明能够在线同时获得火焰温度和燃烧中间产物浓度二维分布的监测图像。

主权项

一种基于光学补偿设计的火焰温度场和燃烧中间产物浓度场监测系统；所述火焰温度场和燃烧中间产物浓度场监测系统其特征在于通过火焰窥镜装置及其前端的探测广角镜收集火焰辐射光传递给分光装置；根据被监测燃烧中间产物的特征谱线以及测量火焰温度场所需光信号波长选定滤波器通光波段的中心波长及半波宽；在实现监测火焰温度场的两条光路中，选择使用的滤波器具有相同的半波宽；在实现监测燃烧中间产物浓度的两条光路中，其特征在于选择使用的滤波器具有相同的半波宽；从滤波器装置出射的窄带光信号为：火焰黑体辐射信号分布上的特定燃烧中间产物的特征谱线1，靠近所述特征谱线且波段互不重叠的黑体辐射信号2，非特征谱线的黑体辐射上的信号3，非特征谱线的黑体辐射上的信号4，根据黑体辐射定律，通过火焰黑体辐射信号分布上的特定燃烧中间产物的特征谱线1减去靠近所述特征谱线且波段互不重叠的黑体辐射信号2的光强强度，得到实际意义的燃烧中间产物的特征辐射信号强度的二维分布；特征辐射信号强度越大，被测量燃烧中间产物的局部浓度越高；非特征谱线的黑体辐射上的信号3与非特征谱线的黑体辐射上的信号4的光强相比，根据比色法可以得到火焰温度场分布；所述窄带光信号在于由于各条光路不同，不同光路间存在光程差，又由于透镜在不同波长下折射率不同产生色散效应，使各光路具有不同距离的像平面，利用具有不同屈光度的光学补偿透镜对所述光程差及所述色散效应进行补偿，可以在CCD接收装置上得到同一清晰度的光强分布图像；利用两路信号的光强分布图像相减得到燃烧中间产物的浓度分布图；利用另两路光信号的光强相比，根据比色法得到火焰温度场分布；利用软件处理系统提取和处理已得到的图像数据，最终能够在线同时获得火焰温度和燃烧中间产物浓度二维分布的监测图像。