[发明专利]一种同时监测燃烧火焰温度场和中间产物浓度二维分布的方法

权利要求书

1.一种同时监测燃烧火焰温度场和中间产物浓度二维分布的方法，包括火焰探测装置、分光装置、滤波装置、探测处理装置，火焰探测装置包括火焰窥镜装置及其前端的探测广角镜和冷却套筒，火焰辐射光经火焰窥镜装置传递给分光装置，其中包括6个分光棱镜；分光后出射光线经过滤波装置得到四路中心波长不同的窄带光信号1、窄带光信号2、窄带光信号3、窄带光信号4；所述窄带光信号1与所述窄带光信号2为窄带光信号且具有相同的半波宽，所述窄带光信号1的中心波长对应叠加在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的中心波长，所述窄带光信号2的中心波长尽量靠近所述窄带光信号1所占波段，且所述窄带光信号2所占波段与所述窄带光信号1所占波段不重叠，所述窄带光信号2所占波段内不存在任何火焰辐射特征谱线，所述窄带光信号3与所述窄带光信号4为窄带光信号且具有相同的半波宽，所述窄带光信号3为非特征谱线的火焰黑体辐射上的波长3信号，所述窄带光信号4为非特征谱线的火焰黑体辐射上的波长4信号；探测处理装置包括CCD接收装置和软件处理系统，通过CCD接收装置得到四路不同的光强分布图像，所述软件处理系统根据黑体辐射定律，把所述窄带光信号1与所述窄带光信号2的光强分布图像相减，得到对应燃烧中间产物的浓度分布图像；把所述窄带光信号3与所述窄带光信号4的光强相比，根据比色法可以得到火焰温度场分布，能够实时并同时监测火焰中间产物浓度和火焰温度场的二维分布。

2.按照权利要求1所述的一种同时监测燃烧火焰温度场和中间产物浓度二维分布的方法，其特征在于所述火焰窥镜装置前端为探测广角镜，由凸面镜和凹面镜设计组成，实现探测整个火焰辐射全波段的光波的功能；火焰窥镜装置外部有冷却套筒，冷却方式为气冷或水冷或两者组合。

3.按照权利要求1所述的一种同时监测燃烧火焰温度场和中间产物浓度二维分布的方法，其特征在于所述分光装置包括六个分光棱镜，三个分光棱镜具有增透膜和增反膜，三个分光棱镜只具有增反膜，得到两组光强相同或近似相同的图像。

4.按照权利要求1所述的一种同时监测燃烧火焰温度场和中间产物浓度二维分布的方法，其特征在于所述滤波装置包括滤波器和固定安装机械装置，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所述滤波器通光波段的中心波长及半波宽，其中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；在实现监测火焰中间产物浓度的两条光路中，选择使用的滤波器具有相同的半波宽。

5.按照权利要求1所述的一种同时监测燃烧火焰温度场和中间产物浓度二维分布的方法，其特征在于所述分光棱镜出射光线经过所述滤波装置得到四个中心波长不同的窄带光信号1、窄带光信号2、窄带光信号3、窄带光信号4，其中所述窄带光信号1与所述窄带光信号2为窄带光信号且具有相同的半波宽，所述窄带光信号1的中心波长对应叠加在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的中心波长，所述窄带光信号2的中心波长尽量靠近所述窄带光信号1所占波段，且所述窄带光信号2所占波段与所述窄带光信号1所占波段不重叠，所述窄带光信号2所占波段内不存在任何火焰辐射特征谱线，所述窄带光信号3与所述窄带光信号4为窄带光信号且具有相同的半波宽，所述窄带光信号3为非特征谱线的火焰黑体辐射上的波长3信号，所述窄带光信号4为非特征谱线的火焰黑体辐射上的波长4信号。

6.按照权利要求1所述的一种同时监测燃烧火焰温度场和中间产物浓度二维分布的方法，其特征在于所述探测处理装置包括CCD接收装置和软件处理系统，所述CCD接收装置包括前端用于CCD相机成像的相机镜头装置，所述CCD接收装置能够得到经过火焰探测装置、分光装置和滤波装置后的光学影像，并将图像信息转化为数字信号传递给所述软件处理系统，CCD的面积大小与成像大小有着对应放大关系，决定了CCD相机的物距与像距大小。

7.按照权利要求1所述的一种同时监测燃烧火焰温度场和中间产物浓度二维分布的方法，其特征在于所述软件处理系统把所述窄带光信号1与所述窄带光信号2的光强分布图像相减，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，局部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，把所述窄带光信号3与所述窄带光信号4的光强相比，根据燃烧火焰的温度与火焰在两个波长下的辐射强度比的函数关系式，得到火焰温度场分布。

8.按照权利要求1所述的一种同时监测燃烧火焰温度场和中间产物浓度二维分布的方法，其特征在于所述的分光装置为多组分光棱镜系统，并采用不同滤波范围的滤波装置，实时监测燃烧火焰中的多种中间产物的浓度和温度，测得多种中间产物浓度场和火焰温度场的二维分布。