CN111795746A - 基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量方法 - Google Patents

Abstract

基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量方法，属于高温热辐射测量技术领域。为了目前还没有一种火焰温度、组分浓度及压力等多参数三维空间分布测量方法。本发明所述方法通过探测到的红外可调谐激光投射信号，采用红外激光层析吸收光谱求解得到火焰的光谱辐射物性参数分布，结合由红外光场相机探测到的火焰光场辐射图像信号，通过反问题求解得到高温火焰的三维温度场，再根据红外吸收光谱的比尔郎伯特定律的解耦形式，由激光探测信号以及多参数协同重建的反问题求解思路，求解得到火焰的组分浓度及压力场分布。本发明用于实现对高温火焰的多个参数的协同重建。

Description

基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量方法

技术领域

本发明属于高温热辐射测量技术领域，具体涉及一种火焰多参数场的测量方法。

背景技术

高温燃烧现象广泛存在于航空航天、能源动力、钢铁冶金、化工等领域，如火箭发动机、燃气轮机、内燃机、电站锅炉、煤气化反应器等高温设备中。火焰温度场的测量对于燃烧诊断具有十分重要的意义。火焰温度场检测精度受火焰内部半透明介质(CO₂、H₂O、CO等气体，燃烧生成物、添加剂等粒子)物性参数场(吸收系数、散射系数、粒子复折射率)的影响，而这些辐射物性场参数既是光谱函数，也是温度函数，同时又与浓度场、压力场等参数场密切相关。由于多相流动和高温化学反应引起的燃烧火焰本身瞬时脉动，导致火焰温度场、物性场、浓度场和压力场等多物理场均表现为强烈的瞬时脉动特性。因此，对火焰温度场进行检测的同时必须对物性场、浓度场和压力场等多物理场进行在线协同测量。

目前针对高温火焰的燃烧诊断技术主要以非接触式测量方法为主，大体上可分为基于辐射图像法的被动层析探测方法和基于激光光谱的主动层析探测方法两类。由于燃烧火焰自身可向外释放包含丰富内部信息的辐射信号，利用CCD、外热像仪等探测器即可捕捉探测到这些信号。基于激光的主动光学层析探测方法则是采用激光经过高温火焰时物理特性的变化作为探测信号，基于不同方向上的激光探测投影信号。

由于火焰多物理场之间相互耦合关联，瞬时多物理场同时重建过程存在“强非线性、高欠定性、高串扰、大计算量”等瓶颈问题，导致火焰多物理量场三维在线协同检测十分困难。而单一的主、被动层析探测方法受限于探测器的空间布置、光谱辐射物性参数的已知性等问题，无法实现对高温火焰的温度、组分浓度及压力等多参数三维空间分布测量。目前还无已知的相关火焰探测技术可实现高精度高效率的火焰温度、组分浓度及压力等多参数三维空间分布测量。

发明内容

本发明为了目前还没有一种火焰温度、组分浓度及压力等多参数三维空间分布测量方法，提出了一种基于主被动光学层析融合探测的火焰瞬时多物理场协同测量方法及装置。

基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量装置，包括：可调谐二极管激光控制器、波分复用光纤、光电探测器、红外光场相机，以及数据采集处理系统；数据采集处理系统为一台计算机；

波分复用光纤一端连接激光阵列；

可调谐二极管激光控制器的输出端口连接至波分复用光纤的输入端；

波分复用光纤连接的激光阵列与光电探测器均匀布置布在火焰周围，以火焰为中心呈对称分布；

光电探测器的光电探测信号输出端连接至数据采集处理系统；

红外光场相机布置在火焰的可探测区域，其辐射光场图像信号的输出端连接至数据采集处理系统。

基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量方法，是基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量装置实现的；所述方法包括以下步骤：

步骤一：调整电流输入，开启可调谐二极管激光控制器，使激光阵列发出的连续激光按着设计光路沿光纤入射到火焰区域，使激光阵列围绕火焰旋转，每次旋转n°，直至激光阵列返回初始位置，光电探测器随激光阵列同步旋转，每次旋转由光电探测器采集一次激光的透射信号并将探测信号输出至数据采集处理系统记录并处理，得到激光测量信号I_l；

步骤二：关闭可调谐二极管激光控制器，保持火焰空燃比配比不变，采用红外光场相机采集火焰的辐射光场图像信号,得到光场测量信号I_lf,将该信号传送至数据采集处理系统；

步骤三：根据吸收光谱理论，基于测量信号I_l计算得到火焰对应激光探测光谱下的光谱辐射物性参数分布k；

步骤四：以步骤三中获得的光谱辐射物性参数k作为已知条件，结合步骤二中获得的光场探测信号I_lf,将欠定的病态反问题转变为更易于求解的超定反问题，经由数据采集处理系统进一步分析处理，将光场探测信号I_lf标定处理后得到火焰的出射辐射强度I_n；

I_lf和I_n是对应的，测量得到的光场信号I_lf也就是火焰的灰度图像分布，经数据采集处理系统标定处理后得到I_n，即火焰的辐射强度分布；

步骤五：根据步骤三中得到的火焰光谱辐射物性参数k，结合反问题算法，利用步骤四获得的出射光谱辐射强度分布I_n，当光场相机结构参数与位置关系确定后，由传感器像素反向追踪即可确定投影系数矩阵A_λ，采用线性反问题方法求解，获得火焰自身的黑体光谱辐射强度分布I_bλ；

步骤六：利用步骤五获得的火焰自身的黑体光谱辐射强度I_bλ，根据普朗克定律计算出火焰内部的温度T，并根据T获得的火焰温度场T；

步骤七：根据步骤六中获得的火焰温度场T，结合反问题算法，假设火焰组分浓度场为C，压力场为P，将假设的火焰组分浓度场C及压力场P带入吸收光谱理论中的辐射传输方程并计算得到激光探测辐射强度估计值I_l’；

步骤八：利用步骤一获得的激光测量信号I_l和步骤七获得的激光探测辐射强度估计值I_l’构造火焰浓度场及压力场的目标函数方程，并求解该浓度、压力场目标函数方程的目标函数值，然后将该目标函数值与给定目标函数阈值进行比较，判断该目标函数值是否小于给定目标函数阈值，是则步骤七中假设的火焰浓度场C及压力场P为火焰的真实物性分布，至此即完成了对高温火焰的温度、浓度、压力的多参数场三维空间分布的协同检测，否则返回步骤七。

进一步地，所述步骤三的具体过程包括以下步骤：

采用Beer-Lambert定律：

其中，I_t表示透射的激光辐射强度，就是光电探测器测得的测量值，激光测量信号I_l为矢量形式的光电探测器测得的测量值；l表示位置；I₀表示入射的激光辐射强度；κ_a表示介质的吸收系数；υ表示入射激光光谱的中心波数；

采用基于迭代类的算法实现对火焰光谱物性场的求解：

κ_a ⁽ⁿ⁺¹⁾＝κ_a ⁽ⁿ⁾+μ⁽ⁿ⁾(I_l-∑κ_aI)

其中κ_a ⁽ⁿ⁾表示第n次迭代得到的吸收系数分布；μ⁽ⁿ⁾表示第n次迭代时的收敛因子；I表示投影系数矩阵；

对于吸收系数分布κ_a，先假定一个初始吸收系数分布κ_a，利用上述迭代公式循环迭代求解，直到吸收系数的值使得||I_l-κ_al||取得最小值；

最终确定的吸收系数κ_a即为待求解的火焰的物性参数，即光谱辐射物性参数分布k。

进一步地，为了使得||I_l-κ_al||取得最小值，在光路布置时，光路采用旋转10束平行激光入射的布置方式。

进一步地，所述步骤五的具体过程包括以下步骤：

对纯吸收火焰微分形式的辐射传输方程进行离散化处理后，沿不同探测线方向积分，可得到以火焰黑体光谱辐射强度I_bλ为变量的线性方程组，如下：

I_n＝A_λI_bλ

其中A_λ表示根据根据探测器像素反向追踪得到的投影系数矩阵；

采用线性反问题算法Landeweber对火焰黑体光谱辐射强度I_bλ进行求解Landweber算法如下：

式中，p≥2为给定的正整数，S_n为计算过程中第n步的过渡矩阵，S₀为过渡矩阵初始值；E为单位矩阵；α代表松弛因子；A^T为A的转置矩阵，A就等于上述的投影系数矩阵A_λ；A_n表示迭代第n步更新得到的系数矩阵；X表示待求解的未知量；b为已知的测量值，也就是步骤四中获得的I_n；

迭代k步后，达到最大迭代次数或者达到最小收敛精度时，可得：

X_k即为火焰自身的黑体光谱辐射强度分布I_bλ。

进一步地，所述辐射传输方程如下：

式中s表示位置，s表示方向，I_λ表示波长λ下的光谱辐射强度，I_bλ表示波长λ下的黑体辐射强度。

进一步地，所述步骤六的具体过程包括以下步骤：

根据步骤五中计算得到黑体辐射强度分布I_bλ，基于普朗克定律即可确定火焰温度，普朗克定律表达式如下：

式中，c₁是普朗克定律第一辐射常数，其值为3.7418×10-16W·m²，c₂是第二辐射常数，c₂＝1.4388×10^-2m·K，λ为辐射波长。

进一步地，所述步骤七的具体过程包括以下步骤：

根据假设的火焰组分浓度C及压力场P带入吸收光谱理论中的辐射传输方程并计算得到激光探测辐射强度估计值I_l'(ν)，计算采用的辐射传输方程表达式如下：

I_l'(ν)＝I₀(ν)exp(-∫P_lS_ν(T_l)φ(ν)C_ldl)

其中，P_l和C_l分别表示位置l处的压力及组分浓度，I₀表示入射激光光谱辐射强度，υ表示入射激光光谱的中心波数，S_ν(·)表示线强函数，φ(·)表示线型函数。

进一步地，火焰浓度场及压力场的目标函数方程如下：

其中，F_obj表示火焰压力组分浓度场目标函数。

本发明是一种基于红外可调谐连续激光与光场成像技术的高温火焰三维温度场、组分浓度场及压力场等多参数场的协同测量方法，本发明主要包括高温火焰热辐射测量、高温火焰辐射特性参数计算、温度场重建、组分浓度场及压力场的协同重建等环节。通过波分复用技术将连续的可调谐二极管激光照射到火焰区域，由探测器接收到火焰边界上的出射光谱辐射强度，结合吸收光谱理论与反问题分析方法求解得到火焰的红外光谱辐射特性，再根据红外光场相机探测得到的红外光场探测信号重建出高温火焰的三维温度场，根据已知的温度场再次采用激光探测的透射激光强度信号结合协同重建的反问题分析方法球的火焰的组分浓度和压力的三维空间分布。通过本发明的仿真技术，可实现对高温火焰的温度、组分浓度以及压力的多参数场的协同检测，为高温火焰的在线诊断以及光场相机的拓展研究工作提供理论基础。

附图说明

图1为实现步骤一时所采用的硬件的结构示意图(俯视方向)；

图2为实现步骤二时所采用的硬件的结构示意图；

图3为基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量方法的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1、图2和图3具体说明本实施方式，

本实施方式所述的基于主被动光学层析融合探测的火焰瞬时多物理场协同测量方法，该方法是基于下述装置实现的，装置包括：可调谐二极管激光控制器1、波分复用光纤2、光电探测器3、红外光场相机4以及数据采集处理系统5；波分复用光纤一端连接激光阵列；

可调谐二极管激光控制器1的输出端口连接至波分复用光纤2的输入端；

波分复用光纤连接的激光阵列与光电探测器3均匀布置布在火焰周围，以火焰为中心呈对称分布；

光电探测器3的光电探测信号输出端连接至数据采集处理系统5，由数据采集处理系统5对探测信号进行进一步地分析处理；

红外光场相机4布置在火焰的可探测区域，其辐射光场图像信号的输出端连接至数据采集处理系统5，由数据采集处理系统5对探测信号进行进一步地分析处理。

所述方法包括以下步骤：

步骤一：调整电流输入，开启可调谐二极管激光控制器1，使激光阵列发出的连续激光按着设计光路沿光纤入射到火焰区域，使激光阵列围绕火焰顺时针旋转，每次旋转n°，本实施方式中取30°，直至激光阵列返回初始位置，光电探测器3随激光阵列同步旋转，每次旋转由光电探测器3采集一次激光的透射信号并将探测信号输出至数据采集处理系统5记录并处理，得到激光测量信号I_l；

通过更改输入电流激发可调谐二极管激光器使其发出可调谐连续激光，沿波分复用光纤照射入火焰中，激光在火焰中传输时其物理特性发生变化，物理特性的变化与介质的物性温度场存在着耦合关系，利用布置在火焰周围的光电探测器接受激光的出射信号，并将信号传输给数据采集处理系统，经处理后获得激光穿过火焰边界不同方向的出射光谱辐射强度。

步骤二：关闭可调谐二极管激光控制器1，保持火焰空燃比配比不变，采用红外光场相机4采集火焰的辐射光场图像信号,得到光场测量信号I_lf,将该信号传送至数据采集处理系统5；

步骤三：在数据采集处理系统中对步骤一中获得的测量信号I_l进行分析处理，根据吸收光谱理论，基于测量信号I_l带入迭代算法中，可迭代计算得到火焰对应激光探测光谱下的光谱辐射物性参数分布k；

步骤三中，根据激光与火焰物性场的耦合关系结合反问题分析算法，可计算得到光谱辐射物性参数分布k,其理论依据为吸收光谱理论，即Beer-Lambert定律：

其中，I_t表示透射的激光辐射强度，就是光电探测器测得的测量值，激光测量信号I_l为矢量形式的光电探测器测得的测量值；l表示位置；I₀表示入射的激光辐射强度，是已知量；κ_a表示介质的吸收系数，这里是未知量；υ表示入射激光光谱的中心波数；

在求解光谱辐射物性参数分布场分布时，在光路布置已知的情况下，该问题属于线性病态反问题，因此反问题算法采用基于迭代类的算法，如代数迭代重建算法(ART)等，实现对火焰光谱物性场的快速准确求解，

κ_a ⁽ⁿ⁺¹⁾＝κ_a ⁽ⁿ⁾+μ⁽ⁿ⁾(I_l-∑κ_aI)

其中κ_a ⁽ⁿ⁾表示第n次迭代得到的吸收系数分布；μ⁽ⁿ⁾表示第n次迭代时的收敛因子；I表示投影系数矩阵。

对于吸收系数分布κ_a，先假定一个初始吸收系数分布κ_a，利用上述迭代公式循环迭代求解，直到某条件下吸收系数的值使得||I_l-κ_al||取得最小值。

在光路布置时，为使投影系数矩阵的条件数尽可能小，以降低问题的病态性，这里的光路采用旋转10束平行激光入射的布置方式，如图1所示。

最终确定的吸收系数κ_a即为待求解的火焰的物性参数，即光谱辐射物性参数分布k。

步骤四：以步骤三中获得的光谱辐射物性参数k作为已知条件，结合步骤二中获得的光场探测信号I_lf,将欠定的病态反问题转变为更易于求解的超定反问题，经由数据采集处理系统5进一步分析处理，将光场探测信号I_lf标定处理后得到火焰的出射辐射强度I_n；

I_lf和I_n是对应的，测量得到的光场信号I_lf也就是火焰的灰度图像分布，经数据采集处理系统5标定处理后得到I_n，即火焰的辐射强度分布。

步骤五：根据步骤三中得到的火焰光谱辐射物性参数k，结合反问题算法，利用步骤四获得的出射光谱辐射强度分布I_n，当光场相机结构参数与位置关系确定后，由传感器像素反向追踪即可确定投影系数矩阵A_λ，采用线性反问题方法求解，获得火焰自身的黑体光谱辐射强度分布I_bλ；

对于火焰来说，其内部颗粒对辐射的散射作用远小于其吸收作用，特别是一些气体燃料火焰比如乙烯扩散火焰，因此仅需要考虑火焰对辐射的吸收发射作用，火焰可作为纯吸收介质来处理，对于任意一个方向上的辐射传输方程如下：

式中s表示位置，s表示方向(矢量)，I_λ表示波长λ下的光谱辐射强度，I_bλ表示波长λ下的黑体辐射强度；

将任意一个方向上的辐射传输方程沿探测线方向积分，即可得到相机单个像素探测接受到的辐射强度I_n，沿不同探测方向积分后，即可得到由光场相机探测到的出射光谱辐射强度分布I_n(矢量形式)；

所以在步骤五中，对上述的纯吸收火焰微分形式的辐射传输方程进行离散化处理后，沿不同探测线方向积分，可得到以火焰黑体光谱辐射强度I_bλ为变量的线性方程组，如下：

I_n＝A_λI_bλ

其中A_λ表示根据根据探测器像素反向追踪得到的投影系数矩阵；

采用线性反问题算法Landeweber对火焰黑体光谱辐射强度I_bλ进行求解,本实施方式中采用的Landweber算法描述如下：

式中，p≥2为给定的正整数，S_n为计算过程中第n步的过渡矩阵，S₀为过渡矩阵初始值；E为单位矩阵；α代表松弛因子；A^T为A的转置矩阵，A就等于上述的投影系数矩阵A_λ；A_n表示迭代第n步更新得到的系数矩阵；X表示待求解的未知量；b为已知的测量值，也就是步骤四中获得的I_n。

迭代k步后，达到最大迭代次数或者达到最小收敛精度时，可得：

X_k即为火焰自身的黑体光谱辐射强度分布I_bλ。

步骤六：利用步骤五获得的火焰自身的黑体光谱辐射强度I_bλ，根据普朗克定律进而计算出火焰内部的温度；

步骤六中，根据步骤五中计算得到黑体辐射强度分布I_bλ，基于普朗克定律即可确定火焰温度，普朗克定律表达式如下：

式中，c₁是普朗克定律第一辐射常数，其值为3.7418×10-16W·m²，c₂是第二辐射常数，c₂＝1.4388×10^-2m·K，λ为辐射波长；

根据T获得的火焰温度场T。

步骤七：根据步骤六中获得的火焰温度场T，结合反问题算法，假设火焰组分浓度场为C，压力场为P，将假设的火焰组分浓度场C及压力场P带入吸收光谱理论中的辐射传输方程并计算得到激光探测辐射强度估计值I_l’；

步骤七中，根据假设的火焰组分浓度C及压力场P带入吸收光谱理论中的辐射传输方程并计算得到激光探测辐射强度估计值I_l'(ν)，计算采用的辐射传输方程表达式如下：

I_l'(ν)＝I₀(ν)exp(-∫P_lS_ν(T_l)φ(ν)C_ldl)

其中，P_l和C_l分别表示位置l处的压力及组分浓度，I₀表示入射激光光谱辐射强度，υ表示入射激光光谱的中心波数，S_ν(·)表示线强函数，φ(·)表示线型函数。

步骤八：利用步骤一获得的激光测量信号I_l和步骤七获得的激光探测辐射强度估计值I_l’构造火焰浓度场及压力场的目标函数方程，并求解该浓度、压力场目标函数方程的目标函数值，然后将该目标函数值与给定目标函数阈值进行比较，判断该目标函数值是否小于给定目标函数阈值，是则步骤七中假设的火焰浓度场C及压力场P为火焰的真实物性分布，至此即完成了对高温火焰的温度、浓度、压力的多参数场三维空间分布的协同检测，否则返回步骤七；

步骤八中，求解压力P及组分浓度C所采用的目标函数表达式如下：

其中，F_obj表示火焰压力组分浓度场目标函数。

本实施方式中，火焰为高温火焰，其温度范围在1000—3000K区间。

Claims (10)

1.基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量装置，其特征在于，包括：可调谐二极管激光控制器、波分复用光纤、光电探测器、红外光场相机，以及数据采集处理系统；数据采集处理系统为一台计算机；

波分复用光纤一端连接激光阵列；

可调谐二极管激光控制器的输出端口连接至波分复用光纤的输入端；

波分复用光纤连接的激光阵列与光电探测器均匀布置布在火焰周围，以火焰为中心呈对称分布；

光电探测器的光电探测信号输出端连接至数据采集处理系统；

红外光场相机布置在火焰的可探测区域，其辐射光场图像信号的输出端连接至数据采集处理系统。

2.根据权利要求1所述的基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量装置，其特征在于，光电探测器发射10束平行激光。

3.基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量方法，所述方法是基于权利要求1所述的基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量装置实现的；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一：调整电流输入，开启可调谐二极管激光控制器，使激光阵列发出的连续激光按着设计光路沿光纤入射到火焰区域，使激光阵列围绕火焰旋转，每次旋转n°，直至激光阵列返回初始位置，光电探测器随激光阵列同步旋转，每次旋转由光电探测器采集一次激光的透射信号并将探测信号输出至数据采集处理系统记录并处理，得到激光测量信号I_l；

步骤二：关闭可调谐二极管激光控制器，保持火焰空燃比配比不变，采用红外光场相机采集火焰的辐射光场图像信号,得到光场测量信号I_lf,将该信号传送至数据采集处理系统；

步骤三：根据吸收光谱理论，基于测量信号I_l计算得到火焰对应激光探测光谱下的光谱辐射物性参数分布k；

步骤四：以步骤三中获得的光谱辐射物性参数k作为已知条件，结合步骤二中获得的光场探测信号I_lf,将欠定的病态反问题转变为更易于求解的超定反问题，经由数据采集处理系统进一步分析处理，将光场探测信号I_lf标定处理后得到火焰的出射辐射强度I_n；

I_lf和I_n是对应的，测量得到的光场信号I_lf也就是火焰的灰度图像分布，经数据采集处理系统标定处理后得到I_n，即火焰的辐射强度分布；

步骤五：根据步骤三中得到的火焰光谱辐射物性参数k，结合反问题算法，利用步骤四获得的出射光谱辐射强度分布I_n，当光场相机结构参数与位置关系确定后，由传感器像素反向追踪即可确定投影系数矩阵A_λ，采用线性反问题方法求解，获得火焰自身的黑体光谱辐射强度分布I_bλ；

步骤六：利用步骤五获得的火焰自身的黑体光谱辐射强度I_bλ，根据普朗克定律计算出火焰内部的温度T，并根据T获得的火焰温度场T；

步骤七：根据步骤六中获得的火焰温度场T，结合反问题算法，假设火焰组分浓度场为C，压力场为P，将假设的火焰组分浓度场C及压力场P带入吸收光谱理论中的辐射传输方程并计算得到激光探测辐射强度估计值I_l’；

步骤八：利用步骤一获得的激光测量信号I_l和步骤七获得的激光探测辐射强度估计值I_l’构造火焰浓度场及压力场的目标函数方程，并求解该浓度、压力场目标函数方程的目标函数值，然后将该目标函数值与给定目标函数阈值进行比较，判断该目标函数值是否小于给定目标函数阈值，是则步骤七中假设的火焰浓度场C及压力场P为火焰的真实物性分布，至此即完成了对高温火焰的温度、浓度、压力的多参数场三维空间分布的协同检测，否则返回步骤七。

4.根据权利要求3所述的基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程包括以下步骤：

采用Beer-Lambert定律：

其中，I_t表示透射的激光辐射强度，就是光电探测器测得的测量值，激光测量信号I_l为矢量形式的光电探测器测得的测量值；l表示位置；I₀表示入射的激光辐射强度；κ_a表示介质的吸收系数；υ表示入射激光光谱的中心波数；

采用基于迭代类的算法实现对火焰光谱物性场的求解：

κ_a ⁽ⁿ⁺¹⁾＝κ_a ⁽ⁿ⁾+μ⁽ⁿ⁾(I_l-∑κ_aI)

其中κ_a ⁽ⁿ⁾表示第n次迭代得到的吸收系数分布；μ⁽ⁿ⁾表示第n次迭代时的收敛因子；I表示投影系数矩阵；

对于吸收系数分布κ_a，先假定一个初始吸收系数分布κ_a，利用上述迭代公式循环迭代求解，直到吸收系数的值使得||I_l-κ_al||取得最小值；

最终确定的吸收系数κ_a即为待求解的火焰的物性参数，即光谱辐射物性参数分布k。

5.根据权利要求4所述的基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量方法，其特征在于，为了使得||I_l-κ_al||取得最小值，在光路布置时，光路采用旋转10束平行激光入射的布置方式。

6.根据权利要求3、4或5所述的基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量方法，其特征在于，所述步骤五的具体过程包括以下步骤：

对纯吸收火焰微分形式的辐射传输方程进行离散化处理后，沿不同探测线方向积分，可得到以火焰黑体光谱辐射强度I_bλ为变量的线性方程组，如下：

I_n＝A_λI_bλ

其中A_λ表示根据根据探测器像素反向追踪得到的投影系数矩阵；

采用线性反问题算法Landeweber对火焰黑体光谱辐射强度I_bλ进行求解Landweber算法如下：

式中，p≥2为给定的正整数，S_n为计算过程中第n步的过渡矩阵，S₀为过渡矩阵初始值；E为单位矩阵；α代表松弛因子；A^T为A的转置矩阵，A就等于上述的投影系数矩阵A_λ；A_n表示迭代第n步更新得到的系数矩阵；X表示待求解的未知量；b为已知的测量值，也就是步骤四中获得的I_n；

迭代k步后，达到最大迭代次数或者达到最小收敛精度时，可得：

X_k即为火焰自身的黑体光谱辐射强度分布I_bλ。

7.根据权利要求6所述的基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量方法，其特征在于，所述辐射传输方程如下：

式中s表示位置，s表示方向，I_λ表示波长λ下的光谱辐射强度，I_bλ表示波长λ下的黑体辐射强度。

8.根据权利要求6所述的基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量方法，其特征在于，所述步骤六的具体过程包括以下步骤：

根据步骤五中计算得到黑体辐射强度分布I_bλ，基于普朗克定律即可确定火焰温度，普朗克定律表达式如下：

式中，c₁是普朗克定律第一辐射常数，其值为3.7418×10-16W·m²，c₂是第二辐射常数，c₂＝1.4388×10^-2m·K，λ为辐射波长。

9.根据权利要求8所述的基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量方法，其特征在于，所述步骤七的具体过程包括以下步骤：

根据假设的火焰组分浓度C及压力场P带入吸收光谱理论中的辐射传输方程并计算得到激光探测辐射强度估计值I′_l(ν)，计算采用的辐射传输方程表达式如下：

I′_l(ν)＝I₀(ν)exp(-∫P_lS_ν(T_l)φ(ν)C_ldl)

其中，P_l和C_l分别表示位置l处的压力及组分浓度，I₀表示入射激光光谱辐射强度，υ表示入射激光光谱的中心波数，S_ν(·)表示线强函数，φ(·)表示线型函数。

10.根据权利要求9所述的基于主被动光学层析融合探测的火焰多参数场协同测量方法，其特征在于，火焰浓度场及压力场的目标函数方程如下：

其中，F_obj表示火焰压力组分浓度场目标函数。

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