一种含氢燃料燃烧温度测量方法技术

一种含氢燃料燃烧温度测量方法，它涉及一种燃烧温度测量方法。本发明专利技术为了解决现有光谱仪测量准确性较差，且适用性有限，不同燃料燃烧需要选择不同的自由基进行检测的问题。本发明专利技术的步骤为步骤一、使用水分子发射光谱标定器控制水分子的不同温度，通过光谱仪对水分子的发射光谱进行标定，获得不同温度下水分子的发射光谱信号；步骤二、使用光谱仪对测量火焰中需要测温点进行光谱采集，获得待测火焰中水分子的发射光谱信号，对火焰的光谱信号进行降噪，去除由碳烟辐射产生的连续基底信号；步骤三、将火焰中获得的水分子的光谱信号与标定的水分子的发射光谱信号进行拟合对比，获得火焰中测量点的真实温度。本发明专利技术属于测量技术领域。域。域。

【技术实现步骤摘要】
一种含氢燃料燃烧温度测量方法


[0001]本专利技术涉及一种燃烧温度测量方法，属于测量


技术介绍

[0002]燃烧领域涉及火力发电、内燃机运行、航空航天飞行等诸多领域，无论是理论研究还是实际应用，燃烧中火焰的温度是重要的测量指标，对燃烧反应、燃烧诊断以及进行数值模拟条件设置都有重要意义。以往的研究实践多采用热电偶进行测温，热电偶需深入火焰，为接触式测量，对燃烧本身会产生影响，在含有碳烟的火焰中，炭黑附着热电偶表面，会影响测量的响应时间与精度，也会导致热电偶测得的温度低于真实温度。光学测温由于属于非接触式测量，更有利于获得准确的测量结果。
[0003]光学测温是比较前沿的测量手段，目前已发展多种测温原理用以对不同燃烧状态的火焰进行测温，光学测量大致有以下缺陷：(1)、成本昂贵，适用范围有限，采用光学测量手段，多辅助使用激光器等贵重仪器，且大多数方法适用的火焰类型有限，不能兼顾测量完全燃烧和含有碳烟的火焰。(2)、系统复杂，光学测量往往对设备摆放、测量光路等有较高要求。在内燃机等腔内复杂燃烧或含有振动等复杂的测量环境下，多数光学测量手段会有较大挑战。(3)、后处理繁杂，由于光学测量获得的数据不是温度本身，需要将测量的光强进行计算转化，编写不同的后处理算法也会迎来不同的误差。
[0004]使用光谱仪测量火焰的发射光谱来进一步获得火焰的温度信息，是另一大类光学测量手段。光谱仪成本相对便宜，测量系统以及后处理简单，可以绕过多数光学测量的缺陷。光谱仪测温也有多种不同的方法，但整体存在如下缺陷：(1)、在诸多光学测量中，光谱仪的测量准确性较差。如测量碳烟火焰，假设上认为碳烟属于灰体，由此产生的误差不便消除。(2)、测量方法的适用性有限，如预混火焰中，多数测量依靠检测自由基的光强，不同燃料燃烧需要选择不同的自由基进行检测。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决现有光谱仪测量准确性较差，且适用性有限，不同燃料燃烧需要选择不同的自由基进行检测的问题，进而提出一种含氢燃料燃烧温度测量方法。
[0006]本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：本专利技术所述测量方法采用含氢燃料燃烧温度测量系统来实现，所述测量系统包括光谱仪、水分子发射光谱标定器和后处理计算机；所述一种含氢燃料燃烧温度测量方法的具体步骤为：
[0007]步骤一、使用水分子发射光谱标定器控制水分子的不同温度，通过光谱仪对水分子的发射光谱进行标定，获得不同温度下水分子的发射光谱信号；
[0008]步骤二、使用光谱仪对测量火焰中需要测温点进行光谱采集，获得待测火焰中水分子的发射光谱信号，对火焰的光谱信号进行降噪，去除由碳烟辐射产生的连续基底信号；
[0009]步骤三、将火焰中获得的水分子的光谱信号与标定的水分子的发射光谱信号进行拟合对比，获得火焰中测量点的真实温度。
[0010]进一步的，步骤一中获得不同温度下水分子的发射光谱信号是通过如下步骤实现的：
[0011]步骤1、调节水分子发射光谱标定器的放电强度来控制温度，使用光谱仪记录采集的信号；
[0012]步骤2、提取水分子的发射光谱信号，去除其它波段的光谱数据，对水分子的发射光谱信号进行去噪与线性拟合，再以固定波长间隔进行线性插值；
[0013]步骤3、将线性插值的光谱信号数据归一化，以最高亮度点为1进行等比例缩放；
[0014]步骤4、将水分子发射光谱标定器以固定间隔温度升温，重复步骤1、步骤2、步骤3过程，获得不同温度下；标定的水分子归一化发射光谱数据；
[0015]步骤5、在相邻温度的光谱数据间以每1K温度间隔进行插值，获得标定范围内，每间隔1K温度下，标定的水分子归一化发射光谱数据。
[0016]进一步的，步骤二中对火焰的光谱信号进行降噪以及去除由碳烟辐射产生的连续基底信号是通过如下步骤实现的：
[0017]步骤A、使用光谱仪采集待测含氢燃料燃烧火焰的光谱信号；对信号进行去噪与线性拟合；
[0018]步骤B、若采集的火焰完全燃烧，此时光谱数据为带状谱，直接提取水分子的发射光谱信号；若采集的火焰燃烧不完全而产生碳烟，此时光谱数据为连续谱，需去掉连续谱基底，再提取水分子的发射光谱信号；
[0019]步骤C、将提取的火焰中的光谱信号数据归一化，以最高亮度点为1进行等比例缩放，对获取的光谱数据按步骤2中相同的波长间隔进行线性插值。
[0020]进一步的，获得火焰中测量点的真实温度是通过如下步骤实现的：
[0021]步骤a、从标定的最低温度开始，计算相同波长下火焰的水分子光谱与该温度下标定的水分子光谱差值的平方，将所有波长下的数据求和，获得火焰和该温度下水分子光谱数据的整体偏差值；
[0022]步骤b、以固定温度间隔提升温度，重复步骤a，获得该固定温度间隔下，每个标定温度水分子光谱数据与火焰水分子光谱数据的偏差值；
[0023]步骤c、比较偏差值的大小，偏差值最小时对应的温度就是火焰的真实温度。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]1、本专利技术结构简洁，适用于内燃机燃烧等复杂环境的火焰温度测量。且为非介入式测量，在对火焰温度测量的同时，不破坏火焰本身的燃烧状态；
[0026]2、本专利技术测量响应快，满足对非稳态火焰温度的瞬时测量要求；
[0027]3、本专利技术可兼顾对完全燃烧的火焰与非完全燃烧的碳烟火焰进行测量，且不同燃烧状态的火焰不影响温度测量的精度。
附图说明
[0028]图1是本专利技术实施温度测量的流程图；
[0029]图2为本专利技术测得的完全燃烧与含有碳烟火焰的光谱信号。
[0030]图3为本专利技术测得的不同温度下水分子920纳米带发射光谱。
具体实施方式
[0031]具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种含氢燃料燃烧温度测量方法，所述测量方法采用含氢燃料燃烧温度测量系统来实现，所述测量系统包括光谱仪、水分子发射光谱标定器和后处理计算机；所述一种含氢燃料燃烧温度测量方法的具体步骤为：
[0032]步骤一、使用水分子发射光谱标定器控制水分子的不同温度，通过光谱仪对水分子的发射光谱进行标定，获得不同温度下水分子的发射光谱信号；
[0033]步骤二、使用光谱仪对测量火焰中需要测温点进行光谱采集，获得待测火焰中水分子的发射光谱信号，对火焰的光谱信号进行降噪，去除由碳烟辐射产生的连续基底信号；
[0034]步骤三、将火焰中获得的水分子的光谱信号与标定的水分子的发射光谱信号进行拟合对比，获得火焰中测量点的真实温度。
[0035]具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种含氢燃料燃烧温度测量方法的步骤一中获得不同温度下水分子的发射光谱信号是通过如下步骤实现的：
[0036]步骤1、调节水分子发射光谱标定器的放电强度来控制温度，使用光谱仪记录采集的信号；
[0037]步骤2、提取水分子的发射光谱信号，去除其它波段的光谱数据，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含氢燃料燃烧温度测量方法，其特征在于：所述测量方法采用含氢燃料燃烧温度测量系统来实现，所述测量系统包括光谱仪、水分子发射光谱标定器和后处理计算机；所述一种含氢燃料燃烧温度测量方法的具体步骤为：步骤一、使用水分子发射光谱标定器控制水分子的不同温度，通过光谱仪对水分子的发射光谱进行标定，获得不同温度下水分子的发射光谱信号；步骤二、使用光谱仪对测量火焰中需要测温点进行光谱采集，获得待测火焰中水分子的发射光谱信号，对火焰的光谱信号进行降噪，去除由碳烟辐射产生的连续基底信号；步骤三、将火焰中获得的水分子的光谱信号与标定的水分子的发射光谱信号进行拟合对比，获得火焰中测量点的真实温度。2.根据权利要求1所述的一种含氢燃料燃烧温度测量方法，其特征在于：步骤一中获得不同温度下水分子的发射光谱信号是通过如下步骤实现的：步骤1、调节水分子发射光谱标定器的放电强度来控制温度，使用光谱仪记录采集的信号；步骤2、提取水分子的发射光谱信号，去除其它波段的光谱数据，对水分子的发射光谱信号进行去噪与线性拟合，再以固定波长间隔进行线性插值；步骤3、将线性插值的光谱信号数据归一化，以最高亮度点为1进行等比例缩放；步骤4、将水分子发射光谱标定器以固定间隔温度升温，重复步骤1、步骤2、步骤3过程，获得不同温度下；标定的水分子归一化发射光谱数据；步骤5、在相邻温...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟星，吕鹏翼，赵阳，朱悉铭，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：