本发明专利技术提供一种基于发射光谱测量火焰中水浓度和火焰温度的方法和装置，所述方法包括：采用光谱仪测量目标火焰得到辐射强度曲线；建立考虑谱线增宽效应后的光谱辐射强度的第一计算模型，第一计算模型包括火焰中水浓度和火焰温度的参数；根据辐射强度曲线、第一计算模型，建立计算辐射强度与测量辐射强度的偏差的第二计算模型；根据第二计算模型，以火焰中水浓度和火焰温度为粒子的位置，以单次迭代中粒子的变化量为速度，采用随机粒子群算法进行迭代，得到粒子的当前的全局最优位置；在当前的全局最优位置满足设定的精度要求或迭代次数达到设定的最大迭代次数时停止迭代，并输出结果以得到火焰中水浓度和火焰温度。本法操作简单且设备造价低廉。作简单且设备造价低廉。作简单且设备造价低廉。
【技术实现步骤摘要】
基于发射光谱测量火焰中水浓度和火焰温度的方法和装置
[0001]本专利技术涉及光谱
，具体地涉及一种基于发射光谱测量火焰中水浓度和火焰温度的方法和装置。
技术介绍
[0002]在高温燃烧室中，通过对其环境中一类物质准确和实时的测量可以推断燃烧系统的运行状况，并改善燃烧效率。随着高效清洁燃烧需求的增加，发展精确和方便的物质温度和浓度测量方法已成为一种必然趋势。而在各类测量方法中，光学测量方法由于其即时性和非接触性等优点越来越受到重视。其中，基于激光吸收的方法具有较高的信噪比，已被大量应用于燃烧检测。然而，对于大型燃烧系统，该方法需要高功率激光器，导致系统复杂，设备造价高昂，在工业领域的应用局限性较大。相反，基于火焰自辐射光谱测量物质浓度和温度的方法操作简单且设备造价低廉。在清洁燃烧环境中，火焰中水，一氧化碳和二氧化碳等高温气体是主要的燃烧产物。由于水的发射光谱分布广泛且辐射能力较强，在1.4和1.9μm附近有两个强吸收带，因此基于火焰自辐射发射光谱测量火焰中水浓度和温度是一种较为优选的方法。
技术实现思路
[0003]本专利技术实施例的目的是提供一种基于发射光谱测量火焰中水浓度和火焰温度的方法和装置，该基于发射光谱测量火焰中水浓度和火焰温度的方法和装置操作简单且设备造价低廉。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供一种基于发射光谱测量火焰中水浓度和火焰温度的方法，所述方法包括：采用光谱仪测量目标火焰得到辐射强度曲线；建立考虑谱线增宽效应后的光谱辐射强度的第一计算模型，所述第一计算模型包括火焰中水浓度和火焰温度的参数；根据所述辐射强度曲线、所述第一计算模型，建立计算辐射强度与测量辐射强度的偏差的第二计算模型；根据所述第二计算模型，以火焰中水浓度和火焰温度为粒子的位置，以单次迭代中粒子的变化量为速度，采用随机粒子群算法进行迭代，得到粒子的当前的全局最优位置；在所述当前的全局最优位置满足设定的精度要求或迭代次数达到设定的最大迭代次数时停止迭代，并输出结果以得到火焰中水浓度和火焰温度。
[0005]优选地，所述第一计算模型为：
[0006][0007]其中，为考虑谱线增宽效应后的光谱辐射强度，j(λ)为光谱仪仪器函数，L为火焰厚度，k为光谱吸收系数，通过水浓度计算，c1和c2分别为普朗克第一和第二常数，λ为波长，T为火焰温度。
[0008]优选地，所述第二计算模型为：
[0009][0010]其中，为计算辐射强度与测量辐射强度的偏差，I
1，meas
为测量辐射强度，T为火焰温度，为水浓度。
[0011]优选地，采用随机粒子群算法进行迭代，得到粒子当前的全局最优位置包括：步骤1)，随机选取所有粒子的初始位置和初始速度；步骤2)，计算初始适应度函数值，以初始位置为每个粒子当前的个体最优位置，选取所有粒子初始位置中函数值最小的位置为当前的全局最优位置；步骤3)，对粒子的速度和位置进行更新；步骤4)，使用更新后的粒子，计算更新的适应度函数值，若其中一粒子的更新的适应度函数值低于该粒子当前的个体最优位置函数值，则将该粒子当前的个体最优位置替换为更新后的粒子的位置；步骤5)，将所有粒子当前的个体最优位置函数值与当前的全局最优位置函数值比较，若其中一个当前的个体最优位置函数值低于当前的全局最优位置函数值，则将当前的全局最优位置替换为该当前的个体最优位置函数值。
[0012]优选地，在采用随机粒子群算法进行迭代，得到粒子的当前的全局最优位置之后，该方法还包括：在所述当前的全局最优位置未满足设定的精度要求且迭代次数未达到设定的最大迭代次数时，返回步骤3)继续迭代。
[0013]本专利技术实施例还提供一种基于发射光谱测量火焰中水浓度和火焰温度的装置，所述装置包括：辐射测量单元、模型建立单元以及粒子群算法单元，其中，所述辐射测量单元用于采用光谱仪测量目标火焰得到辐射强度曲线；所述模型建立单元用于：建立考虑谱线增宽效应后的光谱辐射强度的第一计算模型，所述第一计算模型包括火焰中水浓度和火焰温度的参数；根据所述辐射强度曲线、所述第一计算模型，建立计算辐射强度与测量辐射强度的偏差的第二计算模型；所述粒子群算法单元用于：根据所述第二计算模型，以火焰中水浓度和火焰温度为粒子的位置，以单次迭代中粒子的变化量为速度，采用随机粒子群算法进行迭代，得到粒子的当前的全局最优位置；在所述当前的全局最优位置满足设定的精度要求或迭代次数达到设定的最大迭代次数时停止迭代，并输出结果以得到火焰中水浓度和火焰温度。
[0014]优选地，所述第一计算模型为：
[0015][0016]其中，为考虑谱线增宽效应后的光谱辐射强度，j(λ)为光谱仪仪器函数，L为火焰厚度，k为光谱吸收系数，通过水浓度计算，c1和c2分别为普朗克第一和第二常数，λ为波长，T为火焰温度。
[0017]优选地，所述第二计算模型为：
[0018][0019]其中，为计算辐射强度与测量辐射强度的偏差，I
1，meas
为测量辐射强度，T为火焰温度，为水浓度。
[0020]优选地，所述粒子群算法单元用于：步骤1)，随机选取所有粒子的初始位置和初始速度；步骤2)，计算初始适应度函数值，以初始位置为每个粒子当前的个体最优位置，选取所有粒子初始位置中函数值最小的位置为当前的全局最优位置；步骤3)，对粒子的速度和
位置进行更新；步骤4)，使用更新后的粒子，计算更新的适应度函数值，若其中一粒子的更新的适应度函数值低于该粒子当前的个体最优位置函数值，则将该粒子当前的个体最优位置替换为更新后的粒子的位置；步骤5)，将所有粒子当前的个体最优位置函数值与当前的全局最优位置函数值比较，若其中一个当前的个体最优位置函数值低于当前的全局最优位置函数值，则将当前的全局最优位置替换为该当前的个体最优位置函数值。
[0021]优选地，所述粒子群算法单元还用于：在所述当前的全局最优位置未满足设定的精度要求且迭代次数未达到设定的最大迭代次数时，返回步骤3)继续迭代。
[0022]通过上述技术方案，本专利技术实施例提供了一种基于发射光谱测量火焰中水浓度和火焰温度的方法和装置，该基于发射光谱测量火焰中水浓度和火焰温度的方法和装置建立了计算辐射强度与测量辐射强度的偏差的第二计算模型，并采用粒子群算法进行计算得到火焰中水浓度和火焰温度，其操作简单且设备造价低廉。
[0023]本专利技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0024]附图是用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术实施例，但并不构成对本专利技术实施例的限制。在附图中：
[0025]图1是本专利技术一实施例提供的基于发射光谱测量火焰中水浓度和火焰温度的方法的流程图；
[0026]图2是本专利技术一实施例提供的采用随机粒子群算法进行计算的流程图；
[0027]图3是本专利技术一实施例提供的辐射强度曲线示意图；
[0028]图4a是本本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于发射光谱测量火焰中水浓度和火焰温度的方法，其特征在于，所述方法包括：采用光谱仪测量目标火焰得到辐射强度曲线；建立考虑谱线增宽效应后的光谱辐射强度的第一计算模型，所述第一计算模型包括火焰中水浓度和火焰温度的参数；根据所述辐射强度曲线、所述第一计算模型，建立计算辐射强度与测量辐射强度的偏差的第二计算模型；根据所述第二计算模型，以火焰中水浓度和火焰温度为粒子的位置，以单次迭代中粒子的变化量为速度，采用随机粒子群算法进行迭代，得到粒子的当前的全局最优位置；在所述当前的全局最优位置满足设定的精度要求或迭代次数达到设定的最大迭代次数时停止迭代，并输出结果以得到火焰中水浓度和火焰温度。2.根据权利要求1所述的基于发射光谱测量火焰中水浓度和火焰温度的方法，其特征在于，所述第一计算模型为：其中，为考虑谱线增宽效应后的光谱辐射强度，j(λ)为光谱仪仪器函数，L为火焰厚度，k为光谱吸收系数，通过水浓度计算，c1和c2分别为普朗克第一和第二常数，λ为波长，T为火焰温度。3.根据权利要求2所述的基于发射光谱测量火焰中水浓度和火焰温度的方法，其特征在于，所述第二计算模型为：其中，为计算辐射强度与测量辐射强度的偏差，I
1，meas
为测量辐射强度，T为火焰温度，为水浓度。4.根据权利要求1所述的基于发射光谱测量火焰中水浓度和火焰温度的方法，其特征在于，采用随机粒子群算法进行迭代，得到粒子当前的全局最优位置包括：步骤1)，随机选取所有粒子的初始位置和初始速度；步骤2)，计算初始适应度函数值，以初始位置为每个粒子当前的个体最优位置，选取所有粒子初始位置中函数值最小的位置为当前的全局最优位置；步骤3)，对粒子的速度和位置进行更新；步骤4)，使用更新后的粒子，计算更新的适应度函数值，若其中一粒子的更新的适应度函数值低于该粒子当前的个体最优位置函数值，则将该粒子当前的个体最优位置替换为更新后的粒子的位置；步骤5)，将所有粒子当前的个体最优位置函数值与当前的全局最优位置函数值比较，若其中一个当前的个体最优位置函数值低于当前的全局最优位置函数值，则将当前的全局最优位置替换为该当前的个体最优位置函数值。5.根据权利要求4所述的基于发射光谱测量火焰中水浓度和火焰温度的方法，其特征在于，在采用随机粒子群算法进行迭代，得到粒子的当前的全局最优位置之后，该方法还包括：
在所述当前的全局最优位置未满足设定的精度要求且迭代次数未达到设定的最大迭代次数时，返回步骤3)继续迭代。6.一种基于发射光谱测...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑树，张明轩，刘冰，朱韶华，杨宇，那洺瑒，陆强，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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