[发明专利]基于双光谱辐射信息的火焰三维温度分布重建方法

说明书

本发明公开了一种基于双光谱辐射信息的火焰三维温度分布重建方法，其特征在于，包括如下步骤：1)、根据采集的火焰双光谱辐射信息，划分火焰微元体，建立火焰辐射传输方程；2)、设定目标函数，根据重建算法迭代更新火焰吸收系数，重建火焰三维温度场。本发明在算法的迭代求解过程中，使用了非负最小二乘算法，能够保证火焰各部分光谱辐射强度的非负性。同时，还将更新的火焰各部分吸收系数映射到设定的区间，保证吸收系数的非负性。算法具有较强的鲁棒性，对初值无依赖性，在输入的数据误差较大，以及无法提供先验的迭代初值而设定随机数值的情况下，算法仍能保持较高的准确度和较好的收敛性。

技术领域

本发明涉及一种基于双光谱辐射信息的火焰三维温度分布重建方法，属于火焰温度测量技术领域。

背景技术

温度是表征燃烧火焰一个最主要的参数。火焰三维温度场的测量，对全面研析火焰的燃烧反应速度、三维结构、组分生成、整体特性等有决定性作用，有助于揭示燃烧现象的本质和燃烧过程的规律，也有助于燃烧设备的工程设计改进和运行优化，最终对能源的高效利用和低污染排放产生重大意义。因此，火焰三维温度场的测量是燃烧火焰研究中的一个重要主题。

激光光谱等温度测量技术存在设备使用环境要求高、价格昂贵、操作复杂等缺点，目前还极少用于工业现场的温度测量。图像法火焰温度测量技术，利用图像探测器，拍摄火焰自发辐射图像，探测火焰自身辐射强度进行火焰温度测量，该方法对于工业环境下火焰的三维温度测量具有很大的优势。

辐射图像法主要包括光学分层层析、成像法光学层析法和辐射传输求解法，其中光学层析法，利用多个相机拍摄不同视角的火焰图像，将火焰图像视为空间三维火焰在图像探测器上的投影，利用逻辑滤波反投影(logical filtered back-projection，LFBP)算法和迭代重建和代数重建联合算法(Simultaneous iterative reconstruction andAlgebraic Reconstruction Techniques，SART)重建火焰各横截面的灰度分布，根据双色法计算各截面的温度分布。该研究将传统的双色法火焰二维温度测量技术与光学分层层析技术结合，实现了火焰的三维温度测量，具有重要实践意义。光学分层层析成像法，将火焰视为若干个互相平行的二维断层的组合，对不同断层分别快速聚焦摄像，得到一组辐射图像，采用图像反演算法，重建各断层的原始图像，再根据图像灰度和火焰温度之间的关系，建立火焰的三维温度场。该方法可以利用单相机，快速重建火焰三维温度场。然而，光学层析法和光学分层层析成像法，均未考虑火焰内部光线的实际传播路径和吸收系数分布的影响，难以精确测量存在一定浓度的炭黑等颗粒的火焰温度。