[发明专利]一种基于辐射谱线测量碳氢发烟火焰温度和发射率的方法

说明书

一种基于辐射谱线测量碳氢发烟火焰温度和发射率的方法，该方法首先利用光谱检测设备获得待测火焰辐射谱线；设定可能的温度上下限，从温度下限开始，以初始步长增加温度，遍历设定的温度范围，并在每一个温度值以谱线中间波长处辐射强度为计算起始点，分别向长波和短波区域计算辐射强度，计算波长区域与检测谱线相同，因而可以对每一个温度值拟合出一条辐射谱线；评估每一条拟合辐射谱线与测量谱线的差异，并确定其中最接近的谱线所对应的温度值，即为初始步长精度下的最佳温度；围绕已经得到的最佳温度，不断缩小温度范围和温度步长，不断提高最佳温度的精度，需求精度条件下的最佳温度和发射率分布即为输出结果。

技术领域

本发明涉及火焰温度和发射率分布测量方法，特别是涉及一种辐射谱线测量火焰温度和发射率的方法，属于火焰光谱分析技术领域。

背景技术

辐射传热是热量传递的三种主要方式之一，随着温度的升高，辐射传热的作用显著增强，因而基于辐射的温度测量技术是一种重要的测温手段，尤其是对燃烧火焰这类高温、动态、对扰动敏感，近距离测量难以实现的对象，辐射测温技术有明显的优势。辐射能量是温度和发射率的函数，通过光谱检测设备可以很容易地得到待测火焰的辐射谱线，测量得到的辐射谱线通常包含一定的噪声，而现有的基于辐射谱线实施的测温方法均较易受到测量噪声的干扰，所以发展一种基于发射谱线可靠地给出温度和发射率分布的测量方法具有重大的实际意义。

发明内容

为了克服现有基于辐射谱线的测温方法抗噪性能较差的不足，本发明提供了一种基于辐射谱线测量碳氢发烟火焰温度和发射率的方法，该方法能够基于辐射谱线有效地给出碳氢发烟火焰的温度和发射率随波长的分布。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于辐射谱线测量碳氢发烟火焰温度和发射率的方法，该方法包括如下步骤：

1)利用光谱检测设备获得待测火焰辐射谱线，输出测量范围内的设备响应值及相应火焰不同波长的辐射强度；

2)设定可能的温度上下限(碳氢火焰温度一般低于4000K，可直接设定初始温度范围为0K至4000K)，从温度下限开始，以100K为步长增加温度，遍历设定的温度范围；

3)对于步骤2)中每一个温度值，以谱线中间波长处辐射强度为计算起始点，分别向长波和短波区域计算辐射强度，计算波长区域与检测谱线相同，每一波长下的辐射强度按照以下公式(Ⅰ)计算：

式中，I(λ₁)为计算起始点辐射强度，λ₁为计算起始点处波长，λ₂为待计算辐射强度处波长，T为温度，c₁为第一辐射常数，c₂为第二辐射常数，E(m)是烟黑复折射率m的函数；

4)对于步骤3)中拟合得到的每一条辐射谱线，计算该条谱线与测量谱线的总偏差，用以下公式(Ⅱ)评估两条谱线的接近程度：

式中，N为辐射谱线的总波长数，α_i为第i个波长下归一化后的光谱检测设备响应值，引入这一参数是为了减小设备响应值较低波段下可靠性较低的辐射强度对于计算结果的影响，I_cal,i和I_mea,i分别是拟合谱线和实际测量谱线在第i个波长下的辐射强度；

5)确定步骤4)中与测量谱线最接近的谱线所对应的温度值，即为100K步长精度下的最佳温度；

6)围绕步骤5)中得到的最佳温度，缩小温度上下限及步长，重复上述过程，找到更高精度下的最佳温度，缩小后的温度上下限需至少覆盖步骤2)中的两个步长；

7)不断缩小温度上下限及步长，提高计算精度，直到得到需求精度下的最佳温度；