[发明专利]一种同时测量煤粉颗粒温度和光谱辐射率的装置及方法

权利要求书

1.一种同时测量煤粉颗粒温度和光谱辐射率的装置，其特征在于，包括燃烧装置、煤粉颗粒固定装置、第一短通滤镜(9)、第二短通滤镜(10)、第一电荷耦合相机(11)、第二电荷耦合相机(12)、凸透镜(13)、光谱仪探头(14)、光谱仪(15)和计算机(16)；

煤粉颗粒(8)被煤粉颗粒固定装置固定在燃烧装置产生的高温气流(4)中；第一电荷耦合相机(11)和第二电荷耦合相机(12)分别固定在煤粉颗粒(8)两侧，第一短通滤镜(9)固定在第一电荷耦合相机(11)的镜头前，第二短通滤镜(10)固定在第二电荷耦合相机(12)的镜头前，第一短通滤镜(9)和第二短通滤镜(10)的中心波长不同；光谱仪探头(14)正对煤粉颗粒(8)设置，凸透镜(13)设在光谱仪探头(14)与煤粉颗粒(8)之间；光谱仪探头(14)与光谱仪(15)连接，光谱仪(15)、第一电荷耦合相机(11)和第二电荷耦合相机(12)均连接至计算机(16)。

2.根据权利要求1所述的同时测量煤粉颗粒温度和光谱辐射率的装置，其特征在于，燃烧装置包括燃烧室(3)，燃烧室(3)分别连接有燃料气进气管(1)和氧化剂进气管(2)，燃料气进气管(1)和氧化剂进气管(2)上均设有流量检测及控制装置，流量检测及控制装置与计算机(16)连接。

3.根据权利要求1所述的同时测量煤粉颗粒温度和光谱辐射率的装置，其特征在于，煤粉颗粒固定装置包括支架(5)，支架(5)活动连接有滑动夹持架(6)，滑动夹持架(6)连接有连杆(7)，连杆(7)的另一端与煤粉颗粒(8)连接。

4.根据权利要求1所述的同时测量煤粉颗粒温度和光谱辐射率的装置，其特征在于，煤粉颗粒(8)的粒径为1～5mm。

5.根据权利要求1所述的同时测量煤粉颗粒温度和光谱辐射率的装置，其特征在于，煤粉颗粒(8)、光谱仪探头(14)、第一电荷耦合相机(11)和第二电荷耦合相机(12)位于同一平面。

6.根据权利要求5所述的同时测量煤粉颗粒温度和光谱辐射率的装置，其特征在于，光谱仪探头(14)、第一电荷耦合相机(11)和第二电荷耦合相机(12)相互间隔120°设置。

7.根据权利要求1所述的同时测量煤粉颗粒温度和光谱辐射率的装置，其特征在于，第一短通滤镜(9)和第二短通滤镜(10)波长的带宽≤10nm。

8.根据权利要求1所述的同时测量煤粉颗粒温度和光谱辐射率的装置，其特征在于，光谱仪探头(14)和煤粉颗粒(8)分别位于凸透镜(13)两侧的2倍焦距处；光谱仪探头(14)接收光线通道直径不大于煤粉颗粒(8)的直径。

9.根据权利要求1所述的同时测量煤粉颗粒温度和光谱辐射率的装置，其特征在于，光谱仪(15)扫描的波长分辨率≤0.5nm。

10.采用权利要求1～9任意一项所述的装置同时测量煤粉颗粒温度和光谱辐射率的方法，其特征在于，包括：

煤粉颗粒(8)在燃烧装置产生的高温气流(4)中燃烧，煤粉颗粒(8)燃烧发出的光信号经第一短通滤镜(9)和第二短通滤镜(10)过滤后，特定波长λ₁和λ₂的信号被第一电荷耦合相机(11)和第二电荷耦合相机(12)捕获并发送至计算机(16)；煤粉颗粒(8)燃烧发出的光谱信号被光谱仪(15)捕获并发送至计算机(16)；

在t₀时刻，第一电荷耦合相机(11)捕获的信号强度为第二电荷耦合相机(12)捕获的信号强度为光谱仪(15)扫描到的宽频光谱强度为I(λ)；

将和作比值，记为

假设煤粉颗粒(8)为灰体，即在λ₁和λ₂波长处的辐射率相等，则有：

对未知数T求解，得到T₀；

得到T₀下不同波长所对应的黑体辐射强度I_b；根据I(λ)反推每个波长分别对应的光谱辐射率ε(λ)，包括波长ε(λ₁)和ε(λ₂)；根据ε(λ₁)和ε(λ₂)求解该辐射率下对应的温度T₁；将T₁作为T₀重复上述计算，直至计算得到的T_i收敛；

记录T_i及其对应的光谱辐射率ε(λ)，此即为t₀时刻燃烧煤粉颗粒的表面温度及该温度下煤粉颗粒的光谱辐射率。