[发明专利]九通道自适应大范围二维温度场测量装置及其测量方法

说明书

本发明涉及一种燃烧可视化检测装置的光学系统，具体为九通道自适应大范围二维温度场测量装置及其测量方法，采用平片分光方式，将投射的辐射分为九束，对应九个通道，其中一个通道采用彩色CCD相机进行采集图像，用于燃烧的可视化监视，另外八个通道采用黑白CCD相机进行采集图像，用于二维燃烧温度场的计算。本发明提供的九通道自适应大范围二维温度场测量装置及其测量方法，为镜前分光、多图像自适应处理的方法，提高了测量精度及测量范围。

技术领域

本发明涉及一种燃烧可视化检测装置的光学系统，具体为九通道自适应大范围二维温度场测量装置及其测量方法。

背景技术

由于燃烧的复杂性和重要性，燃烧的测量和监控一直是燃烧领域很重要的问题。燃烧场的温度变化范围往往比较大，以电站煤粉锅炉的燃烧为例，燃烧区域最低温度只有600-700℃，而燃烧中心的最高温度甚至可达1500℃以上，同一时刻不同区域的温度差值达到几百度；又如火箭尾喷管的最高温度往往在2000-3000℃，区域温差超过1000℃。

目前，利用火焰图像进行测量的可视化测量系统的通用做法是直接通过彩色CCD获取火焰图像，以CCD相机自有的红、绿、蓝三色波长信号对火焰图像分解，并进行后续处理。该方法可以从一幅彩色图像上获取不同波长的热图像，由于消除了在不同波长下同时获取被测对象多幅热图像的困难，易于系统实现和后期处理。但因三色的波长完全取决于所选用的CCD相机，局限性很大，使较高的彩色图像量化误差带来较大的测量误差；并且红(700nm)、绿(546.1nm)、蓝(435.8nm)三色波长相差较大，不能完全满足比色法测温与发射率无关的近似条件，必须考虑三者之间辐射率对测温的影响；加之测量波长之间相差过大，使采集到的单个波长的热图像信号过强或过弱，表现在图像灰度上既同时存在高波长信号过强(饱和)与低波长信号过弱(接近背景灰度)而无法测量，严重影响比色测温精度及测温范围，难以对燃烧强度等进行准确的检测。

此外，对于采用单个CCD镜前分光的测量系统，被测物发出的光经过透镜和分光镜组后分成多束(2～3束)，通过透过波长不同的滤光组件后，同时成像于同一个单色CCD靶面上。该方法要求同步采集不同中心波长的热辐射图像，要求分光光路光程一致，并清晰成像，对于两分光后成像于同一个CCD，上述条件可以满足，但对于三分光后成像于同一个CCD，上述条件的硬件实现困难，对于分光装置本身及整套系统的连接都提出了很高要求，不适合工业应用场合。

发明内容

针对上述技术问题，本发明是为改变现有燃烧测量中的单一装置温度测量范围小，精度低，不适合超高温燃烧场测量等问题，提出五CCD九波长的温度场监视及测量的装置和方法，自动选择光路以适应燃烧温度的变化，扩大测温范围及测量精度。

本发明基于火焰辐射特性，对具有连续辐射特性的火焰进行采集分析。将火焰目标区域的图像经窥镜及物镜组引导后聚焦于分光面，分光后的光束分别进入同一个或不同的CCD相机，并通过同步图像采集卡采集到计算机进行分析处理，实现燃烧的实时监视和二维温度场的自适应、宽温度范围的测量。

具体的技术方案为：

九通道自适应大范围二维温度场测量装置，包括由工业窥镜和准直物镜组成的镜组、同步数据图像采集卡、图像处理系统、第一初级分光镜、第二初级分光镜、第一分光镜组、第二分光镜组；

第一初级分光镜位于镜组后面的光路上，将入射光路分成两个光路，第一分光镜组位于其中一个光路上，第二初级分光镜位于另外一个光路上；

所述的第一分光镜组包括四个平面分光镜，四个平面分光镜将第一初级分光镜分出的光路再次分成四个光路，四个光路分别经过滤光片后，每两个光路由一台黑白CCD相机采集拍摄，共有两台黑白CCD相机采集拍摄，即第三黑白CCD相机、第四黑白CCD相机；

所述的第二初级分光镜再次将初级分光镜分出的另外一个光线分成两个光路，其中一个光路由彩色CCD相机采集拍摄，第二分光镜组位于另外一个光路上；