[发明专利]一种基于微透镜阵列的火焰光场探测泛尺度分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温火焰温度重建过程中的火焰成像仿真技术，尤其涉及一种基于微透镜阵列的火焰光场探测泛尺度分析方法。

背景技术

多尺度概念已经在许多科技领域得到应用。如能源化工、遥感探测、材料加工、微机电设备等等。

但是，目前科技领域已经应用的多尺度概念是指：空间-时间，二元体系中的多尺度。空间多尺度是指与现象有关的过程发生在几何尺度有数量级变化的空间中；而时间多尺度是指在一个物理现象中不同时间段的特征尺度有数量级的变化。

在火焰光场探测过程中的热辐射传递过程，会涉及到：空间-时间-角度-频率，四元体系，本申请将其命名为“泛尺度”，只有将泛尺度中的空间尺度、时间尺度、角度尺度、频率尺度、同时体现出来，才能够更加真实准确地模拟出高温火焰的温度场；

然而，很多大型工程火焰系统往往伴随着激烈震动，同时火焰燃烧又存在极强的脉动效应，其震动周期或者脉动周期可从几十毫秒到几秒；火焰尺度则可从几米到数十米；因此，只能体现出空间尺度和时间尺度两个体现，因此，无法真实准确地模拟出高温火焰的温度场；

由于对于采用微透镜阵列技术的光场相机而言，被探测火焰与光场相机镜头之间巨大的几何尺度差异，通过光场相机的微透镜对被探测火焰进行探测角度离散后的探测像元所代表的探测角度范围与相机自身的探测角度范围又存在着两个数量级以上的差距，此时的角度多尺度分析就十分必要。

又如：高温火焰中既含有粒子辐射又含有气体辐射，其中气体辐射具有强烈的光谱选择性，吸收发射能力主要集中在一些吸收带内，吸收带内则集中了成千上万根谱线，而在吸收带间则没有谱线或谱线很少，从而吸收发射能力很弱。从光谱角度讲，一般谱线宽度为纳米量级(1个波数)、谱带的宽度为微米量级(数百到数千个波数)、整个热辐射的光谱范围(约为0.2-100微米)为亚毫米量级(数万个波数)，此时的频率度多尺度分析就十分必要。

而目前却没有一个能够同时通过泛尺度来模拟再现高温火焰的温度场的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种能够同时满足泛尺度要求的基于微透镜阵列的火焰光场探测泛尺度分析方法。

一种基于微透镜阵列的火焰光场探测泛尺度分析方法，包括以下步骤：

(1)建立高温弥散介质光辐射物理模型，赋予该物理模型尺度、物性参数；

(2)建立具有微透镜阵列的光场相机模型；

(3)计算高温弥散介质中气体、粒子光谱辐射特性参数，并将所述特性参数赋值给所述物理模型；

(4)利用蒙特卡洛算法进行发射光线模拟；

(5)计算获得光场相机CCD相面能量分布图；

(6)根据所述光场相机CCD相面能量分布图计算不同微透镜所成高温弥散介质图像。

进一步地，如上所述的基于微透镜阵列的火焰光场探测泛尺度分析方法，步骤1中，所述高温弥散介质共分3层，均为参与性介质，每层介质又3×3个小立方体组成，每块介质被赋予不同的参数。

进一步地，如上所述的基于微透镜阵列的火焰光场探测泛尺度分析方法，步骤2中所述微透镜阵列位于主透镜与CCD之间，且处于主透镜焦平面处。

进一步地，如上所述的基于微透镜阵列的火焰光场探测泛尺度分析方法，步骤4在进行发射光线模拟时，采用光线分裂方法对发射光线进行模拟。

本发明提供的基于微透镜阵列的火焰光场探测泛尺度分析方法，由于在火焰光场探测过程的热辐射传递过程能够同时满足泛尺度的要求，从而能够更加真实准确地体现出高温火焰的温度场。

附图说明

图1为本发明高温弥散介质光辐射物理模型图；

图2为本发明光场相机模型图；

图3为光线分裂原理示意图；

图4为相机CCD像元辐射能量分布图；

图5为不同微透镜成像图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。