CN104819777B - 一种提高湍流火焰滤波瑞利散射温度测量精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高湍流火焰滤波瑞利散射温度测量精度的方法，其特征在于：包括步骤1）确定被测火焰平面，将滤波瑞利散射系统中的片激光放置于被测火焰平面；2）确定被测火焰平面参考温度点位置，将相干反斯托克斯拉曼光谱系统中温度测点放置于参考温度点位置；3）确定滤波瑞利散射系统中片激光在被测区域的空间强度分布；4）用图像采集器采集记录燃烧火焰的滤波瑞利散射二维平面图像；5）用图像采集器采集记录温度参考点的相干反斯托克斯拉曼光谱信号；6）经数据处理获得参考温度点相干反斯托克斯拉曼光谱温度测量结果；7）经数据处理获得被测火焰平面的二维平面温度分布滤波瑞利散射测量结果。该方法测量精度高，非接触，可操作性强。

Description

一种提高湍流火焰滤波瑞利散射温度测量精度的方法
技术领域
本发明涉及湍流火焰温度非接触测量领域，具体地讲是一种提高湍流火焰滤波瑞利散射温度测量精度的方法。
背景技术
火焰温度是燃烧诊断研究中最常用到也是最重要的物理量之一，是对燃烧过程最直观的描述。测量火焰温度对于了解温度分布规律，探讨物理作用过程和化学反应机理，了解燃烧过程，评估燃烧效率，进而对燃烧火焰进行总体评价有着十分重要的意义。随着燃烧科学技术研究的深入，燃烧过程向着瞬态以及高温方向发展，燃烧过程多为复杂的湍流火焰，这给相应温度测量技术的发展提出了更高要求。鉴于温度测量在燃烧诊断研究中的重要作用，近年来先后发展了发射光谱技术、相干反斯托克斯拉曼光谱技术、可调谐二极管激光吸收光谱技术、激光诱导荧光技术、滤波瑞利散射技术等多种非接触测温技术。这些技术在应用于高温湍流火焰温度测量时，存在着单点测量，无法同时获取温度二维平面分布结果，或者测量精度不高的不足，难以达到湍流火焰温度二维平面分布精确测量的要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述技术问题，提供一种提高湍流火焰滤波瑞利散射温度测量精度的方法，用该方法能实现高精度的湍流火焰温度二维平面分布测量。
实现本发明的技术方案是：一种提高湍流火焰滤波瑞利散射温度测量精度的方法，该方法包括如下步骤：
1）确定被测火焰平面，将滤波瑞利散射系统中的片激光放置于被测火焰平面；
2）确定被测火焰平面参考温度点位置，将相干反斯托克斯拉曼光谱系统中温度测点放置于参考温度点位置；
3）确定滤波瑞利散射系统中片激光在被测区域的空间强度分布；
4）用图像采集器采集记录燃烧火焰的滤波瑞利散射二维平面图像；
5）用图像采集器采集记录温度参考点的相干反斯托克斯拉曼光谱信号；
6）经数据处理获得参考温度点相干反斯托克斯拉曼光谱温度测量结果；
7）经数据处理获得被测火焰平面的二维平面温度分布滤波瑞利散射测量结果。
所述步骤4）与步骤5）同步实施。
所述步骤7）中数据处理基于步骤6）中获得的参考温度点数据处理结果。
所述步骤7）中数据处理过程为：
（a）依据步骤6）确定的参考温度点相干反斯托克斯拉曼光谱温度测量结果T0，结合步骤4）记录的相干反斯托克斯拉曼光谱系统中温度测点处的滤波瑞利散射信号强度，以及步骤3）确定的滤波瑞利散射系统中片激光在被测区域的空间强度分布，确定出温度为T0时测量区域的滤波瑞利散射信号；
（b）依据滤波瑞利散射测温原理，定义被测火焰的滤波瑞利散射信号与参考温度为T0时的滤波瑞利散射信号之比为相对信号强度，通过理论计算，建立不同温度条件下，相对信号强度与火焰温度的理论对应关系；
（c）将步骤4）记录的燃烧火焰的滤波瑞利散射二维平面图像，除以由步骤（a）确定的温度为T0时测量区域的滤波瑞利散射信号，获得相对信号强度，依据步骤（b）确定的不同温度条件下相对信号强度与火焰温度的理论对应关系，获得被测火焰平面，二维平面温度分布滤波瑞利散射测量结果。
本发明的有益效果是：
1、实现燃烧火焰温度二维平面分布测量。
2、参考点温度，由相干反斯托克斯拉曼光谱测温法测定，测量精度高，非接触空间定标，可操作性强。
3、相干反斯托克斯拉曼光谱技术与滤波瑞利散射技术有效结合，测量精度高。
4、非接触测量，避免干扰被测流场。
附图说明
图1本发明实施光路示意图。
图中标号，1—火焰平面，2—第一激光器，3—激光片光，4—滤波器，5—第一图像采集器，6—第二激光器，7—光谱仪，8—第二图像采集器，9—同步控制器，10—相干反斯托克斯拉曼光谱温度测点。
具体实施方式
如图1所示，一种提高湍流火焰滤波瑞利散射温度测量精度的方法，该方法包括如下步骤：
1）确定被测火焰平面1，将滤波瑞利散射系统中的激光片光3放置于被测火焰平面1；即被测火焰平面1与滤波瑞利散射系统激光片光3共面；
2）确定被测火焰平面1参考温度点位置，该参考点位于滤波瑞利散射系统激光片光3平面内，将相干反斯托克斯拉曼光谱系统中温度测点10放置于参考温度点位置；
3）利用滤波瑞利散射系统，拍摄常温空气滤波瑞利散射图像，确定滤波瑞利散射系统中激光片光在被测区域的空间强度分布；
4）用第一图像采集器5采集记录经过滤波器4的燃烧火焰的滤波瑞利散射二维平面图像；
5）用第二图像采集器8采集记录经过光谱仪7的温度参考点的相干反斯托克斯拉曼光谱信号；
6）经数据处理获得参考温度点相干反斯托克斯拉曼光谱温度测量结果T0；
7）经数据处理获得被测火焰平面1的二维平面温度分布滤波瑞利散射测量结果。
所述步骤4）与步骤5）由同步控制器9控制同步实施；
所述步骤7）中数据处理过程为：
（a）依据步骤6）确定的参考温度点相干反斯托克斯拉曼光谱温度测量结果T0，结合步骤4）记录的相干反斯托克斯拉曼光谱系统中温度测点10处的滤波瑞利散射信号强度，以及步骤3）确定的滤波瑞利散射系统中片激光在被测区域的空间强度分布，确定出温度为T0时测量区域的滤波瑞利散射信号；
（b）依据滤波瑞利散射测温原理，定义被测火焰的滤波瑞利散射信号与参考温度为T0时的滤波瑞利散射信号之比为相对信号强度，通过理论计算，建立不同温度条件下，相对信号强度与火焰温度的理论对应关系；
（c）将步骤4）记录的燃烧火焰的滤波瑞利散射二维平面图像，除以由步骤（a）确定的温度为T0时测量区域的滤波瑞利散射信号，获得相对信号强度，依据步骤（b）确定的不同温度条件下相对信号强度与火焰温度的理论对应关系，获得被测火焰平面，二维平面温度分布滤波瑞利散射测量结果。

Claims (2)

1.一种提高湍流火焰滤波瑞利散射温度测量精度的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
1）确定被测火焰平面，将滤波瑞利散射系统中的片激光放置于被测火焰平面；
2）确定被测火焰平面参考温度点位置，将相干反斯托克斯拉曼光谱系统中温度测点放置于参考温度点位置；
3）确定滤波瑞利散射系统中片激光在被测区域的空间强度分布；
4）用图像采集器采集记录燃烧火焰的滤波瑞利散射二维平面图像；
5）用图像采集器采集记录参考温度点的相干反斯托克斯拉曼光谱信号；
6）经数据处理获得参考温度点相干反斯托克斯拉曼光谱温度测量结果；
7）经数据处理获得被测火焰平面的二维平面温度分布滤波瑞利散射测量结果；
（a）依据步骤6）确定的参考温度点相干反斯托克斯拉曼光谱温度测量结果T0，结合步骤4）记录的相干反斯托克斯拉曼光谱系统中温度测点处的滤波瑞利散射信号强度，以及步骤3）确定的滤波瑞利散射系统中片激光在被测区域的空间强度分布，确定出温度为T0时测量区域的滤波瑞利散射信号；
（b）依据滤波瑞利散射测温原理，定义被测火焰的滤波瑞利散射信号与参考温度为T0时的滤波瑞利散射信号之比为相对信号强度，通过理论计算，建立不同温度条件下，相对信号强度与火焰温度的理论对应关系；
（c）将步骤4）记录的燃烧火焰的滤波瑞利散射二维平面图像，除以由步骤（a）确定的温度为T0时测量区域的滤波瑞利散射信号，获得相对信号强度，依据步骤（b）确定的不同温度条件下相对信号强度与火焰温度的理论对应关系，获得被测火焰平面，二维平面温度分布滤波瑞利散射测量结果。
2.根据权利要求1所述提高湍流火焰滤波瑞利散射温度测量精度的方法，其特征在于：所述步骤4）与步骤5）同步实施。
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