[发明专利]基于微透镜阵列与连续激光的火焰温度泛尺度光场探测方法

说明书

基于微透镜阵列与连续激光的火焰温度泛尺度光场探测方法，涉及高温热辐射测量技术领域。本发明是为了适应火焰光场探测中对于泛尺度分析的需求。本发明所述的基于微透镜阵列与连续激光的火焰温度泛尺度光场探测方法利用具有微透镜阵列的光场相机获取高温火焰不同方向上的辐射强度信息，通过将连续激光照射到火焰上，由探测器接收到的介质边界上的出射光谱辐射强度通过逆问题求解得到介质的光谱辐射特性参数，结合火焰自身的出射辐射强度重建出高温火焰的三维温度场。通过本发明能够实现对高温火焰的辐射特性参数和温度场的重建，并为光场相机的标定、测量等工作提供理论基础。

技术领域

本发明属于高温热辐射测量技术领域，尤其涉及一种基于微透镜阵列与连续激光的火焰温度泛尺度光场探测方法。

背景技术

高温燃烧现象广泛存在于航空航天、能源动力、钢铁冶金、化工等领域，如火箭发动机、燃气轮机、内燃机、电站锅炉、煤气化反应器等高温设备中。火焰温度场的测量对于燃烧诊断具有十分重要的意义。常用的温度场测量方法主要包括接触式测温和非接触式测温两类，其中非接触式测温方法因为其不干扰流场、测量精度高、实时连续测量等优点而得到了越来越广泛的应用。光场成像技术是一种典型的非接触式测温技术，可通过一次成像获取三维全场辐射数字化信息。

对于非接触式测温技术，其关键问题在于建立高效、准确、稳定的介质温度场重建算法。参与性介质温度场反演属于典型的不适定问题，尤其是当介质的辐射特性参数未知时，需要同时反演介质的温度场和辐射特性参数，这给问题求解带来了很大困难。

利用反演的方法测量半透明介质的辐射物性，通常需要利用半透明材料表面的扩散光信号，目前对扩散光信号的测量主要有三种方法：时域测量、频域测量和稳态测量。

火焰光场探测中的热辐射传输过程，会涉及到空间、时间、角度、频率四个变量的多个数量级变化，如：对于采用微透镜阵列技术的光场相机而言，由于被探测火焰与相机镜头之间巨大的几何尺度差异，通过微透镜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，此时的泛尺度分析就十分必要，然而现有技术中对于泛尺度分析领域却缺乏研究。

发明内容

本发明是为了适应火焰光场探测中对于泛尺度分析的需求，现提供基于微透镜阵列与连续激光的火焰温度泛尺度光场探测方法。

基于微透镜阵列与连续激光的火焰温度泛尺度光场探测方法，该方法是基于下述装置实现的，所属装置包括：激光控制器1、激光头2、光电探测器4、数据采集处理系统5和微透镜阵列光场相机6；

激光控制器1的激光控制信号输出端连接激光头2的激光控制信号输入端，光电探测器4均匀分布在火焰3周围，光电探测器4的光电探测信号输出端连接数据采集处理系统5的光电探测信号输入端，微透镜阵列光场相机6的断层三维辐射场信号输出端连接数据采集处理系统5的断层三维辐射场信号输入端；

所述方法包括以下步骤：

步骤一：开启激光控制器1，使激光头2发射出的连续激光入射到火焰3上，然后使激光头2顺时针旋转，且每次旋转的角度均为30°，直至激光头2旋转回初始位置，激光头2每旋转一次则利用光电探测器4采集一次火焰3透射或反射出的激光，然后将光电探测器4获得的所有光电探测信号发送至数据采集处理系统5中，数据采集处理系统5分别对其获得的光电探测信号进行处理，获得火焰3边界的出射光谱辐射强度值I_mi，i为激光头2旋转次数，i＝1，2，...，12；

步骤二：关闭激光控制器1，保持火焰3稳定，利用微透镜阵列光场相机6从单角度成像获取完整的火焰3断层三维辐射场信号，然后将该火焰3断层三维辐射场信号发送至数据采集处理系统5，数据采集处理系统5对火焰3断层三维辐射场信号进行处理，获得火焰3自身的出射光谱辐射强度测量值I_n；