[发明专利]一种火焰温度场测量装置及方法

权利要求书

1.一种火焰温度场测量装置，包括

背景板，设置在待测火焰区域一侧，用于提供图像检测的背景；

光源，设置在所述背景板的斜侧方，光源朝向所述背景板区域；

内窥镜，设置在待测火焰区域相对于所述背景板的另一侧，内窥镜有多个入射端和一个出射端，每个入射端配备一个镜头，多个入射端分多个角度对准待测火焰，可以将多个入射端采集的多路图像汇聚到一个出射端上输出；

图像检测系统，与所述内窥镜出射端相连，可以采集与处理出射端输出的图像。

2.根据权利要求1所述的一种火焰温度场测量装置，其特征在于：所述图像检测系统包括相机、滤光片、图像处理装置。所述相机镜头朝向所述内窥镜出射端；所述滤光片加装在所述相机镜头前；所述图像处理装置和所述相机相连，可以接收和处理所测得的图像。

3.根据权利要求1所述的一种火焰温度场测量装置，其特征在于：所述的光源为高功率的LED灯。

4.根据权利要求2所述的一种火焰温度场测量装置，其特征在于：所述的滤光片为能过滤火焰宽谱辐射的窄带滤光片。

5.根据权利要求1所述的一种火焰温度场测量装置，其特征在于：多个内窥镜入射端采集角度是均匀地布置在以待测火焰区域为中心的平面180度范围内。

6.一种火焰温度场测量方法，结合权利要求1-5任一项所述的火焰温度场测量装置，其特征在于：火焰测量和重建的方法包括以下步骤：

步骤a：打开光源，进行系统标定，获得系统坐标参数。

步骤b：用图像监测系统采集无待测火焰时的背景板图片。然后将火焰产生装置放在待测火焰区域。

步骤c：用图像监测系统采集有待测火焰时的背景板图片，计算有无待测火焰时背景板图片上的随机点偏移量。

步骤d：根据步骤c中记录下的随机点的偏移量，计算出光线的偏折角，并建立折射率分布场和偏折角之间的关系，即光线方程。将从多个角度测量的背景板发出的光线对应的光线方程合并成方程组，建立起折射率场的反演模型。

步骤e：采用代数重建法对步骤d中的反演问题进行求解，重建待测火焰区域的折射率场分布情况。

步骤f：将得到的折射率场结合Gladstone-Dale公式描述的气体折射率和气体密度之间的关系计算出待测火焰区域的密度场，再由理想气体状态方程计算出待测火焰的温度分布。

7.根据权利要求6所述的一种火焰温度场测量方法，其特征在于：通过重复执行步骤c至步骤f以实现对火焰瞬态多物理场的三维连续测量。

8.根据权利要求6所述的一种火焰温度场测量方法，其特征在于：步骤a中的系统标定包括如下步骤：

步骤S1：使用一张标定板于待测区域中心附近。从多个角度同时采集标定板棋盘格的图像。

步骤S2：提取棋盘格中黑白格子的交点，获得这些交点在相机坐标系和世界坐标系的坐标。

步骤S3：通过棋盘格交点在两个坐标系的坐标，结合张正友标定算法获得所需的标定参数。

9.根据权利要求6所述的一种火焰温度场测量方法，其特征在于：步骤c中，计算图片中的位移采用的算法选择互相关算法。

10.根据权利要求6所述的一种火焰温度场测量方法，其特征在于：步骤c中，计算图片中的位移采用的算法选择光流算法。