(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211013299.5 (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 街道八一路2 99号 (72)发明人 黄志锋　程勇　韩磊　刘胜　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 罗敏清 (51)Int.Cl. G01J 5/00(2022.01) G01N 21/31(2006.01) G06F 16/901(2019.01) G06F 17/12(2006.01) G06V 10/143(2022.01)G06V 20/52(2022.01) (54)发明名称 燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法 (57)摘要 本发明公开了一种燃烧气相介质温度场浓 度场的测量方法， 包括： 获取多个红外波段内火 焰的红外辐射图像信息； 建立各红外波段内火焰 发射与红外辐射图像间的对应关系方程组； 建立 积分辐射源项比值与温度以及温度与参考浓度 气体积分辐射源项值一一对应的数据表； 求解方 程组， 得到气体在相应红外波段内的积分辐射源 项值及其比值， 并根据积分辐射源项比值与温度 关系的数据表查找并计算得到火焰区域的温度 分布； 根据火焰区域温度分布， 并结合步骤3的数 据表以及步骤4中的积分辐射源项值， 计算获得 三维火焰的气体浓度分布。 本发 明首次将红外辐 射图像与气体的积分辐射强度相结合 以对火焰 温度场与气体浓度场进行重建， 可以用于工业现 场的在线监控。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 115452155 A 2022.12.09 CN 115452155 A 1.一种燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1， 采用成像系统获取多个红外波段内火焰的红外辐射图像信息； 步骤2， 根据成像过程中的几何参数和成像原 理， 建立各红外波段内三维火焰发射与二 维红外辐射图像间的对应关系方程组； 步骤3， 根据现有的气体分子辐射谱线参数数据库， 计算得到参考浓度 下不同温度气体 在各红外波段内的积分辐射源项值， 并根据各 红外波段内的积分辐射源项值得到相应的积 分辐射源项比值， 从而建立积分辐 射源项比值与温度一一对应的数据表， 以及温度与参考 浓度的气体积分辐射源项值 一一对应的数据表； 步骤4， 求解步骤2中建立的方程组， 得到气体在相应红外波段内的积分辐射源项值及 其比值， 并根据步骤3中计算得到的积分辐 射源项比值与温度关系的数据表查找并计算得 到火焰区域的温度分布； 步骤5， 根据步骤4中得到的火焰区域温度分布， 并结合步骤3中得到的温度与参考浓度 下气体积分辐射源项值数据表查找并计算参考浓度下气 体积分辐射源项值， 根据参考浓度 下气体积分辐 射源项值以及步骤4中得到的气体在相 应红外波段内的积分辐 射源项值， 计 算获得三维火焰的气体浓度分布； 其中， 上述 步骤3也能先于步骤1操作。 2.根据权利要求1所述的燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法， 其特征在于， 步骤1 中的成像系统依次包括逐渐靠近 火焰的红外相机、 红外滤光片以及前端镜头， 步骤1中设置 多套成像系统， 多 套成像系统沿周向间隔设置在火焰区域周围。 3.根据权利要求1所述的燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法， 其特征在于， 步骤1 中采用成像系统获取两个不同红外波段内的火焰红外辐 射图像信息， 其中， 气体在该两个 红外波段内具有红外辐射。 4.根据权利要求1所述的燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法， 其特征在于， 步骤2 具体包括： 将待重建的火焰区域划分为N个体元， 在存在气体辐射 的红外波段λ1～λ2内， 假设火焰 中发射的M条辐射 射线到达红外相机的靶面， 得到一组辐射传递方程： 上式中： 是波长在 λ1～λ2内的射线m到达成像系统靶面的积 分辐射强度， κλ(n) 是体元n在波长λ处的吸收系数， lm(n)是射线 m在体元n中的射线长度； Ib, λ(n)是局部单色黑权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115452155 A 2体辐射强度， 是体元n在波段 λ1～ λ2内的积分辐射源项， 5.根据权利要求1所述的燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法， 其特征在于， 步骤3 中， 根据现有的气体分子辐 射谱线参数数据库， 先计算气体在所测量的红外波段内的高光 谱分辨率吸收系数； κη＝N(p,T)∑j∑iSj， i( ηi， T)fj， i( η， ηi， T， p)； 上式中， κη是气体在波数η处的光谱吸收系数， η＝1/λ； N(p,T)是该气体的分子数密度； Sj,i是该气体第j种同位素气体分子的第i条发射谱线的线强度； ηi是该发射谱线的波数； fj,i是该发射谱线的线型函数。 6.根据权利要求5所述的燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法， 其特征在于， 步骤3 中， 计算参考浓度下不同温度气体在各红外波段内的积分辐射源项值的方法为： 根据数据库计算得到的气体高光谱分辨率吸收系数计算参考浓度下不同温度气体在 这两个红外波段内的积分辐射源项值， 具体为： 上式中， Ib, η(T)表示温度T、 波数 η 处的黑体辐射强度： 上式中， c1和c2是第一和第二辐射常数。 7.根据权利要求1所述的燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法， 其特征在于， 步骤4 中采用包括但不限于最小二乘QR分解算法、 Tikhonov正则化方法求解步骤2中的方程得到 气体在各红外波段内的积分辐射源项值及其比值； 选取其中两个红外波段λ1～ λ2和 λ3～ λ4计算该两波段内的积分辐射源项 值， 并且温度与 两个波段内的积分辐射源项比值单调相关， 即满足下式： 上式中， T(n)是火焰区域中的体元n的温度， 是火焰区域中的体 元n在波段λ1～ λ2内的积分辐射源项， 是火焰区域中的体元n在波段 λ3～ λ4内的积分辐射源项； 根据步骤3得到的气体积分辐射源项比值与温度一一对应的数据表建立积分辐射源项 比值与温度的单调相关关系， 结合该步骤计算的各体元n在两个测量波段内的积分辐 射源 项比值， 即可 得到各体元n的温度， 从而得到整个火焰区域的温度分布。 8.根据权利要求1所述的燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法， 其特征在于， 步骤5 中， 气体浓度由下式计算： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115452155 A 3