[发明专利]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

权利要求书

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方法，所述方法是利用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；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；

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，基于激光测量信号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测量信号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，将光场测量信号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，测量得到的光场测量信号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；

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辐射强度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’；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表示入射的激光辐射强度，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；

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。