[发明专利]一种高温燃烧颗粒多参数测量的光纤簇探针装置及方法

权利要求书

1.一种高温燃烧颗粒多参数测量的光纤簇探针装置，其特征在于，所述测量装置包括探针部与检测部，其中探针部用来采集燃烧状态下颗粒的辐射光信号，由支撑件、进水接头、出水接头及光纤簇组成，其中光纤簇为N根光纤组成（N>5），光纤按照特定排布方式排布（T型、十字型、Z型、梅花型等），其中的一根光纤传输激光光源发出的光照射到待测颗粒上发生散射，后向散射光经其他多个特定光纤传输至光电检测器；还有一根光纤传输燃烧状态下颗粒的辐射光信号，并传输至光谱检测器；检测部用来检测高温颗粒的辐射光信号及散射光信号，由激光光源、光谱检测器、光电探测器组成。

2.一种高温燃烧颗粒多参数测量方法，其特征在于，该方法使用探针采集待测高温颗粒区的辐射光信号及散射光信号，并由光纤分别传输给光谱检测器与光电检测器，测得燃烧状态下高温颗粒的二维运动速度、浓度、温度等多参数。

3.根据权利要求2所述的一种高温燃烧颗粒多参数测量方法，其特征在于，测量方法的基本原理为：以高温燃烧颗粒为测量对象，激光通过光纤照射待测区域发生光散射，后向散射光由多个光纤接收并测量光强信号，根据互相关测速法，获得颗粒二维运动速度；同时依据后向散射光强与颗粒浓度成正比关系，可测得颗粒浓度；关闭激光光源，高温燃烧颗粒辐射光强通过光纤传输给光谱检测器，依据普朗特辐射定律，获得高温颗粒温度。

4.根据权利要求2所述的一种高温燃烧颗粒多参数测量方法，其特征在于，其测量高温燃烧颗粒二维运动速度及颗粒浓度方法步骤为：

1) 将光纤簇内某根光纤设置为发射光纤，接至激光光源，多个特定光纤设置为后向散射激光接收光纤，接至光电探测器；

2) 探针插入燃烧装置内，对准高温燃烧颗粒区域，打开激光光源和光电探测器；

3) 记录多个接收光纤后向散射光强信号；

根据互相关测速法原理，通过对某两个光强信号进行互相关分析，获得两个信号的渡越时间Δt_i，结合这两个接收光纤的距离L_i，计算出这两点方向上的速度v_i：

结合多个接收光纤光强信号，获得颗粒二维运动速度信息：

依据后向散射光强I与颗粒浓度C_p成正比关系，可获得待测区域颗粒浓度C_p：

一种高温燃烧颗粒多参数测量方法，其测量高温燃烧颗粒温度方法步骤为：

1) 关闭激光光源，将光纤簇内某根光纤设置为辐射光强接收光纤，接至光谱检测器；

2) 探针插入燃烧装置内，对准高温燃烧颗粒区域，辐射光信号接收光纤传输高温燃烧颗粒辐射光强信号并传至光谱检测器；

3) 记录辐射光谱信号；

根据普朗特辐射定律，辐射波长与辐射强度的关系式，可拟合得到待测高温颗粒的温度T：

其中，E为辐射力，λ为波长，ε为辐射率，C₁与C₂为辐射常数。