[发明专利]一种光学发动机火焰测温装置

说明书

本发明公开了一种光学发动机火焰测温装置，属于内燃机设备技术领域。包括光学发动机和火焰测温机构；光学发动机包含缸盖、缸体、缸套、加长活塞和平面镜等。加长活塞的顶面安装有蓝宝石玻璃，燃烧室内火焰释放的光信息通过蓝宝石玻璃，并经过平面镜折射，进入到光学发动机外部的火焰测温机构。火焰测温机构包括准直透镜、光纤、分光镜、单色仪、光电倍增管、高压电源和数据采集卡等。离开光学发动机的火焰光信号，经过准直透镜聚集进入到光纤。分光镜可将光信号平分，经过单色仪和光电倍增管的滤波和放大，最终可得两个不同波长的光信号。不同波长光信号结合标定波长与火焰温度的关系，以及温度求解式，反推出火焰温度随时间的演变规律。

技术领域

本发明属于内燃机设备技术领域，更具体地，涉及一种光学发动机的火焰温度测量装置。

背景技术

发动机热效率高，技术成熟，被广泛用作汽车和轮船的动力源。发动机缸内的火焰温度，不仅决定发动机的热效率，而且可影响排放特性。因此，有必要准确测量发动机燃烧室内的火焰温度，进而改善发动机性能。

传统的双色法测温中，火焰一般为轴对称的理想火焰，且火焰高温区域具有高的辐射很容易导致CCD相机拍摄的图片出现饱和像素点。CCD相机的感光元件增益倍率较低，无法捕获一些低温辐射信号，且信噪比较低，测量误差较大。对于发动机燃烧的高瞬变过程，需要使用高速CCD相机，这导致测温系统的成本较高。为改善发动机动力学、经济性、安全性和排放性，有必要开发一种低成本和高敏感度的测温装置来研究光学发动机火焰温度演变规律。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光学发动机火焰测温装置。为实现上述目的，本发明提供的光学发动机包括缸盖3和缸体10；所述的缸盖3内部设置进气道1、排气道4和喷油器2；所述缸体10的内侧设置缸套5，缸套5的内侧设置加长活塞7，加长活塞7的顶面设置蓝宝石玻璃6，蓝宝石玻璃6下方设置平面镜8，平面镜8安装在平面镜支架9。

本发明还提供了一种火焰温度检测机构，其包括准直透镜11、分光镜13、第一单色仪15、第一光电倍增管16、第二单色仪22、第二光电倍增管23；所述的准直透镜11布置在光学发动机和光纤12进口端之间，分光镜13进口端安装光纤12，分光镜13两侧的出口端安装第一光纤14和第二光纤21；所述第一光纤14的出口端安装第一单色仪15，第一单色仪15的出口端安装第一光电倍增管16，第一光电倍增管16通过第一电源连接线18连接第一电源17，通过第一数据采集卡连接线19连接第一数据采集卡20；所述第二光纤21的出口端安装第二单色仪22，第二单色仪22的出口端安装第二光电倍增管23，第二光电倍增管23通过第二电源连接线25连接第二电源24，通过第二数据采集卡连接线26连接数据采集卡27。

工作时，光学发动机燃烧室内的燃烧状况随着工作过程而改变。透明活塞6、平面镜8将燃烧室内火焰辐射光信号传递到光学发动机外部；准直透镜11将火焰辐射光信号汇聚到光纤12内，分光镜13将光信号平分成两个光信号；最后，每一束光信号都会经过第一单色仪15、第一光电倍增管16、第二单色仪22、第二光电倍增管23，得到两个不同波长的光信号强度。

与现有技术相比，本发明的主要优势为使用单色仪和光电倍增管监测火焰温度，具体的优势如下：

（1）现有的双色法测温中，火焰的高温区域具有高的辐射容易导致CCD相机拍摄的图片出现饱和像素点。CCD相机的感光元件增益倍率较低，无法捕获一些低温辐射信号，且信噪比较低，测量误差较大。为解决上述问题，本发明利用单色仪和光电倍增管将火焰中微弱的光信号放大，拓宽可测光信号强度的范围，提高了测温精确度，降低了设备成本。

（2）使用高速CCD相机观察发动机高瞬变燃烧过程，增加了测温系统的成本。本发明利用不同工作时刻下火焰光强度的差异，通过平面镜和光纤将燃烧室内火焰演变过程从发动机内引出，使用单色仪、光电倍增管和数据采集卡收集数据并推算出发动机缸内的平均火焰温度演变规律，简化了光学发动机的测温过程，降低了测温系统的成本。

附图说明