一种燃烧温度分段多光谱测温方法

本发明涉及辐射测温领域，是一种燃烧温度分段多光谱测温方法。

背景技术：

1、多光谱测温法是通过多个光谱通道同时采集燃烧源的光谱辐射信息，根据普朗克等辐射理论建立发射率、辐射温度与波长等之间数学模型及算法研究，从而实现火焰发射率和辐射温度的准确测试。一个通道对应一个波长的光谱，因为温度未知，当通道为n时，相应的就有n+1个未知参量，生成未知量比方程更多的欠定方程，这些欠定方程不能直接求解。目前一种常用的方法是提前假设发射率随波长的变化规律，然后在超定方程中求解。然而这种解法中若假设的模型与实际模型有很大的不同，就会产生很大的误差。因此需要先确定发射率模型，将发射率模型转化为单目标约束优化方程，最后确定发射率系数与目标真温之间的隐函数方程组。

2、目前多光谱测温领域为为判断燃烧物光谱模型采用了多种方法，比如发明专利：一种基于自适应发射率模型的多光谱测温装置及其测温方法(申请号：cn 112113666 a)。所述装置所述装置包括高温计、辐射探测器、恒温炉、冷却腔、冷气进入管、冷气出口管、热电偶和热电偶采集卡，所述方法基于bp神经网络，为物体发射率选择了一个适合的模型。

3、但测量火焰温度时，由于燃烧产生的二氧化碳，水蒸气，碳粉尘等产物会影响测得的光谱数据，若只是对整体光谱选择单一模型，其难免会产生误差。因此，针对上述问题，提出一种分段识别光谱的多光谱测温方法。

技术实现思路

1、本发明为更准确的测量燃烧火焰的温度，避免发射率光谱被产物污染，输出更为准确的光谱模型。本发明提供了一种燃烧温度分段多光谱测温方法，所述方法包括采集光谱信息，处理光谱信息，计算燃烧温度，处理光谱信息过程具体为：

2、通过ccd探测器采集到光谱信息，设燃烧产物在探测器探测范围内的气体发射峰波长分别为λ1，λ2，λ3，λ4……取相邻发射峰波长的中点定为分段函数的分界点，即分段点c2＝(λ1+λ2)/2，c3＝(λ2+λ3)/2，c4＝(λ3+λ4)/2……分段第一段为探测器起始波长至第一个分界点，第二段为第二个分界点至第三个分界点，以此类推，最后一段为最后一分界点至探测器结束波长；

3、预先对bp网络进行训练，对分段光谱的每一段，都对以下四种常用的光谱发射率模型选择一个合适的模型；

4、lnε(λ,t)＝a+bλ

5、ε(λ,t)＝aλ2+bλ+c

6、ε(λ,t)＝a0+a1λ

7、ε(λ,t)＝a+b sin(cλ+d)

8、当真实温度为t时，探测器第i个通道可以测得此时的输出信号vi，用普朗克定律的另一种形式——维恩公式进行替代计算，得到的结果如下所示：

9、

10、上式中ε(λi,t)为真实温度t下的目标光谱发射率；aλi为波长为λi下对每个测量通道进行标定求得的检定常数；

11、由于黑体的辐射能力很强，因此在其中的物体材料的发射率计算近似为1,若此时的黑体温度为t0,则同一波长通道下可测的此时的输出值为vi'的表达式

12、

13、根据上式可知，式子中存在五个相关的数学参量，其中波长λi、黑体温度t0、同一通道下的黑体输出信号vi'与实际输出信号vi均可通过实验直接测量得到，但是需要通过公式求解得目标真实温度,将vi与vi'的关系式相除，得到

14、vi/vi'＝ε(λi,t)·exp[-c2/(λit)]·exp[c2/(λit0)]

15、上式中只有真实温度t与物体发射率ε为未知参数量，c2是普朗克常量，通道特征波长λi由仪器标定过程可直接获得，黑体温度t0为前期标定测量数据，因此公式整体只存在未知参量真实温度t与物体发射率ε，且物体发射率ε模型与采集光谱模型相同。将求得的经过分段拟合的发射率函数模型带入，即可转化为单目标约束优化方程问题求解；

16、所述方法根据燃烧产物的发射峰的数量与位置，自动对辐射光谱数据进行分段。

17、所述方法对光谱模型进行分段后，每一段光谱都进行拟合匹配模型。

18、本发明具有以下有益效果：

19、1、本发明为了更加精确的测量燃烧爆炸产物的温度，通过燃烧产物的发射峰位置对光谱进行分段处理，使得识别光谱模型更加准确，在对温度进行求解时能够得到更加精确的结果。

20、2、本发明对分段后每一段光谱都与常见光谱模型进行拟合匹配，能够让整体模型更加精确。

21、3、本发明使用ccd探测器，能够采集更多的有效光谱信号。

技术特征：

1.一种燃烧温度分段多光谱测温方法，所述方法包括采集光谱信息，处理光谱信息，计算燃烧温度，处理光谱信息过程具体为：

2.根据权利要求1所述的一种燃烧温度分段多光谱测温方法，其特征在于：所述方法对光谱模型进行分段后，每一段光谱都进行拟合匹配模型。

技术总结
本发明是一种燃烧温度分段多光谱测温方法，用于测量燃烧火焰温度，本发明设计辐射测温领域，通过对燃烧产物的探测并识别其光谱发射峰，根据光谱发射峰的数目与波长对测得的辐射光谱进行分段，并根据对应发射峰的系数进行补偿。利用神经网络算法，对已分段补偿的每段光谱进行分类及整合，从而产生更为准确的光谱发射率模型。

技术研发人员：徐睿,毛志翔,叶海东,石岩,黄杰,占春连
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15