联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的方法和装置

本发明涉及光谱，具体地涉及一种联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的方法和装置。

背景技术：

1、炉膛内火焰燃烧温度场监测是运行人员观察燃烧状况、分析燃烧性能、调控燃烧负荷的重要手段，但常见的火焰温度成像技术采用基于灰性假设的双色法计算温度，忽略了火焰发射率随波长变化，导致测量结果不符合实际火焰辐射规律，测量精度过低。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是提供一种联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的方法和装置，该联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的方法和装置的计算结果更精确，更符合火焰辐射规律。

2、为了实现上述目的，本发明实施例提供一种联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的方法，所述方法包括：测量各波长相应的火焰发射率；测量火焰辐射强度分布；基于普朗克定律，根据各波长相应的火焰发射率建立迭代辐射强度模型，所述迭代辐射强度模型包括火焰温度的参数；根据所述火焰辐射强度分布得到的r、g、b通道中任意两通道的实际辐射强度，基于所述迭代辐射强度模型，建立残差平方迭代模型，所述残差平方迭代模型包括火焰温度的参数；设置火焰温度的迭代初值；根据所述火焰温度的迭代初值，基于所述残差平方迭代模型，采用牛顿迭代法进行迭代，直到所述残差平方迭代模型的结果满足收敛条件时，输出此次迭代输入所述残差平方迭代模型的火焰温度为最终的火焰温度。

3、优选地，所述迭代辐射强度模型为：

4、

5、其中，εi为各波长相应的火焰发射率，ηi为r、g、b三通道中任意通道的光谱响应系数，λi为波长，t为火焰温度，c1、c2为普朗克常数。

6、优选地，对于r、g通道，所述残差平方迭代模型为：

7、

8、其中，ir为r通道的实际辐射强度，ig为g通道的实际辐射强度，εi为各波长相应的火焰发射率，为r通道的光谱响应系数，为g通道的光谱响应系数，λi为波长，t为火焰温度，c1、c2为普朗克常数。

9、优选地，迭代的修正值通过以下公式计算：

10、

11、其中，m为迭代次数，δtm+1为迭代的修正值，fm(t)为第m次迭代的残差平方迭代模型的结果，为温度的微小偏差。

12、优选地，所述收敛条件为：

13、

14、其中，所述fm+1为迭代后的残差平方迭代模型的结果，fm为迭代前的残差平方迭代模型的结果。

15、本发明实施例还提供一种联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的装置，该装置包括：测量单元、模型建立单元以及迭代单元，其中，所述测量单元用于：测量各波长相应的火焰发射率；测量火焰辐射强度分布；所述模型建立单元用于：基于普朗克定律，根据各波长相应的火焰发射率建立迭代辐射强度模型，所述迭代辐射强度模型包括火焰温度的参数；根据所述火焰辐射强度分布得到的r、g、b通道中任意两通道的实际辐射强度，基于所述迭代辐射强度模型，建立残差平方迭代模型，所述残差平方迭代模型包括火焰温度的参数；所述迭代单元用于：设置火焰温度的迭代初值；根据所述火焰温度的迭代初值，基于所述残差平方迭代模型，采用牛顿迭代法进行迭代，直到所述残差平方迭代模型的结果满足收敛条件时，输出此次迭代输入所述残差平方迭代模型的火焰温度为最终的火焰温度。

16、优选地，所述迭代辐射强度模型为：

17、

18、其中，εi为各波长相应的火焰发射率，ηi为r、g、b三通道中任意通道的光谱响应系数，λi为波长，t为火焰温度，c1、c2为普朗克常数。

19、优选地，对于r、g通道，所述残差平方迭代模型为：

20、

21、其中，ir为r通道的实际辐射强度，ig为g通道的实际辐射强度，εi为各波长相应的火焰发射率，为r通道的光谱响应系数，为g通道的光谱响应系数，λi为波长，t为火焰温度，c1、c2为普朗克常数。

22、优选地，迭代的修正值通过以下公式计算：

23、

24、其中，m为迭代次数，δtm+1为迭代的修正值，fm(t)为第m次迭代的残差平方迭代模型的结果，为温度的微小偏差。

25、优选地，所述收敛条件为：

26、

27、其中，所述fm+1为迭代后的残差平方迭代模型的结果，fm为迭代前的残差平方迭代模型的结果。

28、通过上述技术方案，本发明实施例提供了一种联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的方法和装置，该联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的方法和装置将随波长变化的发射率耦合进计算过程中，完善了基于火焰辐射特性对温度场的理论推导，是一种更符合火焰辐射规律的温度场计算方法，计算结果更精确。

29、本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的方法，其特征在于，所述迭代辐射强度模型为：

3.根据权利要求1所述的联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的方法，其特征在于，对于r、g通道，所述残差平方迭代模型为：

4.根据权利要求1所述的联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的方法，其特征在于，迭代的修正值通过以下公式计算：

5.根据权利要求1所述的联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的方法，其特征在于，所述收敛条件为：

6.一种联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的装置，其特征在于，该装置包括：

7.根据权利要求6所述的联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的装置，其特征在于，所述迭代辐射强度模型为：

8.根据权利要求6所述的联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的装置，其特征在于，对于r、g通道，所述残差平方迭代模型为：

9.根据权利要求6所述的联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的装置，其特征在于，迭代的修正值通过以下公式计算：

10.根据权利要求6所述的联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的装置，其特征在于，所述收敛条件为：

技术总结
本发明提供一种联合自辐射光谱和成像技术测量火焰温度的方法和装置，该方法包括：测量各波长相应的火焰发射率；测量火焰辐射强度分布；根据各波长相应的火焰发射率建立迭代辐射强度模型；根据所述火焰辐射强度分布得到的R、G、B通道中任意两通道的实际辐射强度，基于所述迭代辐射强度模型，建立残差平方迭代模型；设置火焰温度的迭代初值；根据所述火焰温度的迭代初值，基于所述残差平方迭代模型，采用牛顿迭代法进行迭代，直到所述残差平方迭代模型的结果满足收敛条件时，输出此次迭代输入所述残差平方迭代模型的火焰温度为最终的火焰温度。本发明的计算结果更精确，更符合火焰辐射规律。

技术研发人员：郑树,王岩,才伟光,那洺瑒,杨宇,陆强
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12