【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种空间分辨的燃烧流场感知测量装置及方法，属于光谱测量。
技术介绍
1、燃烧流场感知测量对于理解和控制燃烧过程至关重要，尤其是在工业应用和科学研究中。燃烧流场感知涉及到测量和分析燃烧过程中的多种参数，包括温度、压力、化学组成、流速和湍流特性等。这些信息对于优化燃烧效率、减少污染物排放、确保安全运行和提高燃料使用效率至关重要。
2、感知测量通过获取火焰燃烧的温度和组分浓度可以提升对燃烧流场的认知，火焰的温度测量对于燃烧过程的控制和研究具有重要意义。通过测量火焰温度，可以来评估燃烧效率和进行燃烧诊断，同时根据火焰温度调整燃烧条件可以减少氮氧化物等有害气体的排放。火焰中组分的浓度有助于评估燃料的燃烧效率，可以更好地理解燃烧动力学和化学反应机理，同时也可以识别燃烧过程。
3、传统测量感知的方法分辨率有限，在使用热电偶或探针进行测量时会扰乱流场的结构，且测量的参数有限，有关化学组成等其他重要的流场信息缺失，同时，测量时一般在固定位置上进行测量，获取流场信息范围有限。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种空间分辨的燃烧流场感知测量装置及方法，通过在不同燃烧条件下，实现火焰的温度和某一组分的浓度的同步测量，能够通过温度和组分浓度分析燃烧状态。
2、本专利技术的测量方法为一种光学测量方法，该方法能解决传统测量感知的方法分辨率不足的问题，使用光谱和光强度的获取来感知流场(待测燃烧流场)的信息，可以得到温度和组分浓度的信息，借助于发射光谱和光电
3、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
4、一种空间分辨的燃烧流场感知测量装置，包括成像镜头一、成像镜头二、成像光纤、光纤准直器、分束立方、滤光片、光电倍增管、光谱仪、时序控制系统和二维可移动光学平板；
5、成像镜头一、成像镜头二、光纤准直器、分束立方、滤光片、光电倍增管、光谱仪、时序控制系统均可拆卸安装在二维可移动光学平板上，成像镜头一放置在待测燃烧流场前，成像光纤一端与成像镜头一的成像焦面连接，成像光纤另一端与光纤准直器连接；分束立方、滤光片及光电倍增管由前至后依次放置于光纤准直器正后方，光纤准直器与分束立方的两个相对端面相平行；光谱仪和成像镜头二均放置在分束立方的发射光路上，且成像镜头二放置在分束立方与光谱仪之间；光谱仪和光电倍增管均与时序控制系统信号连接，通过控制时序控制系统的同步信号，使光谱仪与光电倍增管同时工作。
6、进一步的是处，当测量的组分为oh时，成像镜头一为石英紫外镜头，成像光纤为紫外熔融石英光纤。
7、一种空间分辨的燃烧流场感知测量方法，所述方法是利用一种空间分辨的燃烧流场感知测量装置实现的，所述方法包括以下步骤：
8、步骤一：将所述测量装置的成像镜头一放置在待测燃烧流场前，在成像镜头一确定成像位置后，利用成像镜头一对待测燃烧流场火焰进行成像，并通过成像光纤传输给光纤准直器进行准直；
9、步骤二：准直后的像经分束立方分束后，有50％的光被滤光片透射，使用光电倍增管对被透射光的组分浓度进行测量，得到被测组分的信号强度；还有50％的光被反射，经成像镜头二成像，并通过光谱仪对所成的像的发射光谱进行测量，得到火焰的发射光谱；整个测量过程通过控制时序控制系统中的同步信号，保证光电倍增管测量和光谱仪测量在同一时刻进行，从而获取同一时刻下的发射光谱及被测组分的信号强度；
10、步骤三：根据发射光谱测温原理，依据公式(1)得到火焰的绝对温度t分布；由于光电倍增管信号与光强成正比，根据需求得到相对或绝对的组分浓度；
11、
12、其中：i1和i2表示两个不同能级上发射谱线的强度，g1和g2表示对应这两个不同能级的统计权重，a1和a2表示对应这两个不同能级的爱因斯坦跃迁概率系数，e1和e2表示对应这两个不同能级的能量；
13、步骤四：流场信息感知
14、使用成像镜头一和成像镜头二实现不同空间位置的测量，获取绝对温度和组分浓度具有空间分辨的特性，测量的温度和组分浓度感知流场的信息，通过移动二维可移动光学平板，从而实现不同位置的信息获取，通过对不同位置空间进行流场特性的分析来实现信息感知。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
16、成像镜头一用于对待测燃烧流场火焰进行成像，通过确定成像位置后，使用成像光纤对成像镜头一所成的像进行传输，经过光纤准直器进行准直，准直后的像经分束立方后，有50％的光被透射，被透射的光经获取相应组分信号的滤光片后被光电倍增管探测，不同的滤光片探测不同的组分；有50％的光被反射，被反射的光经成像镜头二被光谱仪所探测，可以得到火焰的发射光谱。整个测量装置通过时序控制系统中同步信号控制，保证了探测光谱和光电倍增管探测都是在同一时刻进行，由于成像光纤是对某一区域内进行成像，因此具有空间分辨的特性。所有设备放置在一个可二维移动的光学平板上，通过调整光学平板的位置，实现不同区域的温度和组分浓度的获取，进而实现流场信息的感知。
17、本专利技术的装置及方法对待测燃烧流场感知测量能够优化燃烧效率、控制排放物、确保安全运行、提高产品质量以及推动科学研究和创新。准确的测量结果可以帮助我们更好地理解和控制燃烧过程，实现能源的高效利用和环境的可持续发展。
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1.一种空间分辨的燃烧流场感知测量装置，其特征在于：包括成像镜头一(1)、成像镜头二(2)、成像光纤(3)、光纤准直器(4)、分束立方(5)、滤光片(6)、光电倍增管(7)、光谱仪(8)、时序控制系统(9)和二维可移动光学平板(10)；
2.根据权利要求1所述的一种空间分辨的燃烧流场感知测量装置，其特征在于：当测量的组分为OH时，成像镜头一(1)为石英紫外镜头，成像光纤(3)为紫外熔融石英光纤。
3.一种空间分辨的燃烧流场感知测量方法，其特征在于：所述方法是利用权利要求1或2所述的测量装置实现的，所述方法包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种空间分辨的燃烧流场感知测量装置，其特征在于：包括成像镜头一(1)、成像镜头二(2)、成像光纤(3)、光纤准直器(4)、分束立方(5)、滤光片(6)、光电倍增管(7)、光谱仪(8)、时序控制系统(9)和二维可移动光学平板(10)；
2.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨超博，韩明宏，于欣，彭江波，曹振，袁勋，亓金浩，刘文备，武国华，宋英杰，张善春，王绎嘉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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