专利名称：火焰瞬态实时温度测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测温装置，特别是一种火焰瞬态实时温度测量装置。
目前，对火焰温度的测量多采用改进型钠谱线翻转测量法，它主要是利用含钠或钾的火焰对照射于火焰的连续光具有吸收功能这一特性，根据谱朗克辐射定律，通过它们之间的关系，求出火焰的温度。本申请的主要发明人曾在1989年美国《光谱学通讯》第22卷上发表了一篇题为“火焰原子吸收光谱的火焰温度时间分辨特性的研究”文章，文中公开了根据改进型纳谱翻转法测量火焰温度的装置，主要由光源、聚焦透镜、斩光器、单色仪、光电倍增管和检测系统组成，单色仪为蔡钮型双光栅单色仪，测试时，单色仪分别对光源光、火焰光以及光源与火焰的混合光进行分光，再由光电倍增管接收光信号，输给检测系统处理，分别测出光源的相对辐射光谱强度值IL、火焰的相对辐射光谱强度值IF和光源与火焰光叠加的相对辐射光谱强度值IL+F，算出这三个量后，再代入公式TF= ［ T-1L+k λc hl nIL+IF- IL + FIF］-1]]>便可求得火焰的温度值。(注上述公式中，TL、k、λ、c、h均为已知数)。这种装置存在的主要缺点是分光系统是采用单色仪，它由若干个透镜和宽度很窄的入射狭缝和出射狭缝以及光栅组成，这就使得系统的结构复杂，体积与质量均较大，使用也很不方便;另外，由于单色仪中入射狭缝和出射狭缝的要求很窄，约15微米，所以使得入射光和出射光的光能量损耗较大，测温时间分辨率为50微秒，测量的灵敏度也大大降低，而要提高系统的灵敏度，就必须提高光电倍增管的负高压，但带来的不足又使得噪音加大;再则，单色仪的价格一般都很昂贵，如上述现有技术中的单色仪，价格需3万多美元。
本发明的目的是为了提供一种新型的火焰瞬态实时温度测量装置。它不但结构简单，质量轻巧，而且能避免单色仪中入射狭缝和出射狭缝对光能量的影响。
根据本发明所述的火焰瞬态实时温度测量装置，主要由光源、聚焦透镜、斩光器、分光系统、光电倍增管、瞬态示波记录器和微电脑处理机组成。聚焦透镜、分光系统、光电倍增管沿光路依次排列，斩光器位于光源后的两个聚焦透镜的焦点处，并由微电脑处理机控制，光电倍增管的输出端与瞬态示波记录器的输入端相接，瞬态示波记录器的输出端与微电脑处理机的输入端相接，其特征在于，分光系统是由一个光栏和一个滤光片组成。本发明的基本思想是采用一个适合系统通光波长的滤光片取代原分光系统即单色仪，并由一个光栏设置在滤光片前，来消除系统的杂散光，从而达到分光目的。本装置的使用原理与现有技术相同，也是采用改进型钠谱线翻转法，先分别测出光源、火焰以及光源与火焰叠加所相对的光谱强度值，再利用微电脑处理机通过固定公式求出火焰的温度值。其具体使用过程是，如待测火焰为非稳态火焰，比如爆炸火焰，其火焰中本身就含有钠或钾，此时斩光器由微电脑处理机控制以20KHz的频率开始切光，在火焰未进入系统前，让光源光经滤光片后先测出光源的相对辐射光谱强度IL，火焰进入系统后，使火焰光或光源光与火焰的叠加光进入滤光片分光，由光电倍增管接收，变为电信号输给瞬态示波记录仪记录，再由微电脑处理机处理，分别测出火焰和光源与火焰的叠加光所相对的光谱强度IF和IL+F，根据这三个光谱强度值由处理机运用火焰温度计算公式TF= ［ T-1L+k λc hl nIL+IF- IL + FIF］-1]]>算出所测火焰的温度值。公式中TL为光源的温度，k为玻耳兹曼常数，λ为波长，c为光速，h为普朗克常数，以上数均为已知数。对于稳态火焰的测量，如煤气火焰等，由于其火焰中本身不含有钠或钾，所以在测量火焰和光源与火焰的叠加光相对的光谱强度值时，要在火焰中加入微量的钠盐或钾盐才能进行，其斩光器以5Hz频率对光源光进行斩切，其它测试方法与上述一样。
本发明与现有装置相比，其显著优点是(1)用简单的滤光片代替现有复杂的单色仪来进行分光，可得到与现有单色仪的同样效果;(2)由于取代了现有的单色仪，所以避免了单色仪中入射狭缝和出射狭缝对光能量的影响，使得通光孔径由原来的15微米加大至10毫米，又由于滤光片的透过率远远大于单色仪复杂的光学元件，所以系统的测光灵敏度也大大提高，最大测温时间分辨率可达25微秒;(3)成本低、体积小、质量轻且操作简单，仅就分光系统与现有装置的分光系统相比如下
本发明的具体结构由以下附图
和实施例给出。
附图为本发明所述火焰瞬态实时温度测量装置的结构示意图。
下面根据附图分别以含钠待测火焰和含钾待测火焰为例对本发明作进一步详述。
实施例列1，待测火焰为含钠火焰，参见附图，火焰瞬态实时温度测量装置由光源1、聚焦透镜2、3、4、斩光器5、光栏6、滤光片7、光电倍增管8、瞬态示波记录器9和微电脑处理机10组成，光源1为W6－18型钨带灯，聚焦透镜2、3、4均为通用光学透镜，沿光路依次排列，斩光器5选择切光频率为5Hz-20KHz范围连续可调的斩光器，使用时，根据待测火焰需要的性质选取切光频率，斩光器5位于聚焦透镜2和聚焦透镜3之间的焦点处，光栏6的开口为10×5mm，位于聚焦透镜4的焦点处，滤光片7的通光波长为589纳米，半宽度为12纳米，这主要是相对于含钠火焰的分光，滤光片7位于光栏6之后，与光栏6相隔3mm，光电倍增管8的型号为1P28，瞬态示波记录器9和微电脑处理机10均为通用仪器，瞬态示波记录器9的输入端与光电倍增管8的输出端相接，输出端与微电脑处理机10的输入端相接，待测火焰11位于聚焦透镜3和聚焦透镜4之间的平行光路中。
实施例2，待测火焰为含钾火焰，实施例2与实施例1的组成部件和位置关系均相同，所不同的是，本实施例的滤光片7应选择通光波长为766纳米;半宽度为12纳米的滤光片，这主要是相对于含钾火焰的分光需要。其它部件的参数要求与实施例1相同。
权利要求
1.一种火焰瞬态实时温度测量装置，主要由光源[1]、聚焦透镜[2、3、4]、斩光器[5]、分光系统、光电倍增管[8]、瞬态示波记录器[9]和微电脑处理机[10]组成，聚焦透镜[2、3、4]、分光系统、光电倍增管[8]沿光路依次排列，斩光器[5]位于聚焦透镜[2、3]的焦点处，并由微电脑处理机[10]控制，光电倍增管[8]的输出端与瞬态示波记录器[9]的输入端相接，瞬态示波记录器[9]的输出端与微电脑处理机[10]的输入端相接，其特征在于，分光系统是由一个光栏[6]和滤光片[7]组成。
2.根据权利要求1所述的火焰瞬态实时温度测量装置，其特征在于，滤光片〔7〕的通光波长为589纳米，半宽度为12纳米。
3.根据权利要求1所述的火焰瞬态实时温度测量装置，其特征在于滤光片〔7〕的通光波长为766纳米，半宽度为12纳米。
全文摘要
本发明公开了一种火焰瞬态实时温度测量装置，它主要由光源、聚焦透镜、斩光器、分光系统、光电倍增管和处理系统组成。其特征在于分光系统由一个光栏和滤光片组成。本发明用一个简单的滤光片代替了现有复杂的单色仪来进行分光，不但保持了原有优点，还避免了光能量的损耗，系统灵敏度大幅度提高，测温时间分辨率可达25微秒，分光系统的质量由原来的80公斤降至0.3公斤，结构简单、价格低廉、携带方便，广泛适用于各种火焰的温度测量。
文档编号G01J5/62GK1088680SQ92107860
公开日1994年6月29日 申请日期1992年12月21日 优先权日1992年12月21日
发明者王俊德, 陈作如, 李生勇, 罗蕴华, 李维格, 王莹, 李鸿志 申请人:华东工学院