[发明专利]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

权利要求书

1.一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。

2.按照权利要求1所述的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，其特征在于所述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；所述火焰窥镜装置包括探测广角镜和平行光装置，探测广角镜可以更大范围内收集火焰辐射的光波，平行光装置可以增大收集到的光波的传输距离。

3.按照权利要求1所述的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，其特征在于所述火焰窥镜装置外部具有冷却套筒，通过气冷或水冷或两者组合方式对包括探测广角镜和平行光装置在内的火焰窥镜装置进行降温。

4.按照权利要求1所述的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，其特征在于所述分光装置包括多个分光棱镜，具有半透半反膜或具有增反膜；镀膜设计在可见光或者紫外光或者红外光光谱范围；具有半透半反膜的棱镜分光比按照实际应用要求设计；每个分光棱镜的入射光和出射光的表面都需要镀增透膜增大通光量。

5.按照权利要求1所述的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，其特征在于所述CCD接收装置前端有相机镜头装置，所述相机镜头装置具有调焦或变焦功能，也可同时改变物距与像距，且具有可调光圈控制镜头通光量，在一定范围内准确地对火焰成像；所述CCD接收装置可根据需要选择在紫外光、可见光与红外光光谱范围内具有特定光谱响应范围的CCD，以实现对不同波长下的火焰辐射光的成像；所述CCD接收装置，其CCD的面积大小与成像大小有着对应放大倍数关系。

6.按照权利要求1所述的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，其特征在于所述软件处理系统为C语言开发软件系统，并且可与Matlab、labview、VC、VB计算机语言程序系统兼容开发；计算机显示界面为人机交互界面，可以输入和更改参数控制整个系统，提取和处理已得到的系统数据，通过反馈数据可以调整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。

7.按照权利要求1所述的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，可以扩展成为多组分光棱镜和光学补偿透镜，可以改变滤波器的通光谱带范围和光学补偿透镜具有的屈光度，从而同时监测燃烧火焰中的多种中间产物的浓度和火焰的温度，实时并同时地得到清晰准确的燃烧中间产物的浓度和火焰温度二维分布的监测图像。