發(fā)布時間：2022-01-03 08:31

　　現(xiàn)代彩色高速高分辨率相機內(nèi)部配置了廣譜的紅、綠、藍(lán)拜爾濾鏡,既可獲得豐富的火焰圖像信息,也可以根據(jù)所得彩色火焰圖片,基于火焰中碳煙的輻射,利用雙色法計算火焰的溫度。本文比較系統(tǒng)地闡述了波長積分雙色法的基本原理,介紹了圖片像素值插值方法,成像系統(tǒng)光學(xué)響應(yīng)系數(shù)測定、黑體表征溫度標(biāo)定,以及火焰溫度和碳煙KL因子分布的計算過程。本文利用彩色CMOS高速相機和波長積分雙色法測量了蠟燭火焰溫度,以熱電偶測溫結(jié)果為基準(zhǔn),發(fā)現(xiàn)高速相機內(nèi)部的散粒噪聲會使測溫結(jié)果產(chǎn)生約3%的誤差,采用基于原始單色灰度值的線性插值算法可使最大相對誤差率絕對值降低約1.5%。與廠商通用的光學(xué)響應(yīng)系數(shù)相比,采用本文自測的光學(xué)響應(yīng)系數(shù)來計算,能夠使最大相對誤差率絕對值降低約3.3%。與定波長雙色法相比,波長積分雙色法的最大相對誤差率絕對值降低約5.1%.最終本文波長積分雙色法在所研究范圍內(nèi)的最大相對誤差率絕對值約為3.1%。除蠟燭火焰外,本文方法適用于其他含碳煙火焰。 

【文章來源】：工程熱物理學(xué)報. 2020,41(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

圖１感光芯片上的拜爾濾鏡及其信號轉(zhuǎn)換??

虹。??２試驗系統(tǒng)??中“中心軸線”指燭芯位置的垂直線，ｒ為距中心軸??線的徑向距離。另外，本文選用直徑否＝０．２５?ｍｍ的??凡型熱電偶絲測量燭芯截面上的火焰溫度，利用高??精度三維移動臺將熱電偶絲以１?ｍｍ／ｓ的速度水平??掃過火焰，使用高速采集卡記錄熱電偶信號（采集頻??率１０?Ｈｚ）。本文分別在蠟燭燭芯頂端以上距離／／＝５??ｍｍ、１０?ｍｍ、１５?ｍｍ的三個高度上，利用熱電偶沿??火焰橫截面的徑向測量，將經(jīng)輻射修正后的熱電偶??溫度作為火焰溫度基準(zhǔn)值。??Ｚ??圖２蠟燭火焰測溫試驗系統(tǒng)??Ｆｉｇ．?２?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｐｌａｔｆｏｒｍ?ｆｏｒ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ??ｏｆ?ｃａｎｄｌｅ?ｆｌａｍｅ??Ｊｉ—５?ｍ?ｍ??中心軸線??０．０?？ｒ??圖３某單幀蠟燭火焰圖像??Ｆｉｇ．?３?Ｓｉｎｇｌｅ?ｓｈｏｔ?ｃａｎｄｌｅ?ｆｌａｍｅ?ｉｍａｇｅ??３波長積分雙色法的測溫過程??３．１相機拍攝參數(shù)設(shè)置、像素值的讀取和插值處理??３．１．１増益值??本文搭建了研究波長積分法測溫的試驗系統(tǒng)，??如圖２所示。采用Ｐｈａｎｔｏｍ?ｖ７．３型ＣＭＯＳ彩色高速??相機拍攝蠟燭火焰，該相機芯片的感光波段為可見??光范圍．曝光時間設(shè)為１．６?ｍｓ，采樣頻率為６０?ｆｐｓ，??相機光圈ｆ／２．８，分辨率設(shè)為５１２ｘ５１２，蠟燭燭芯高??度保持為５?ｍｍ。某單幀蠟燭火焰如圖３所示，圖??當(dāng)用鏡頭蓋遮住高速相機鏡頭時，在高速相機??控制程序中設(shè)置不同的増益值（Ｇａｉｎ），所拍攝得到??的背景圖片的噪聲如圖４所示，可見背景噪聲基本??隨增益值線性增大，拍攝過程中須取最小

掃過火焰，使用高速采集卡記錄熱電偶信號（采集頻??率１０?Ｈｚ）。本文分別在蠟燭燭芯頂端以上距離／／＝５??ｍｍ、１０?ｍｍ、１５?ｍｍ的三個高度上，利用熱電偶沿??火焰橫截面的徑向測量，將經(jīng)輻射修正后的熱電偶??溫度作為火焰溫度基準(zhǔn)值。??Ｚ??圖２蠟燭火焰測溫試驗系統(tǒng)??Ｆｉｇ．?２?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｐｌａｔｆｏｒｍ?ｆｏｒ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ??ｏｆ?ｃａｎｄｌｅ?ｆｌａｍｅ??Ｊｉ—５?ｍ?ｍ??中心軸線??０．０?？ｒ??圖３某單幀蠟燭火焰圖像??Ｆｉｇ．?３?Ｓｉｎｇｌｅ?ｓｈｏｔ?ｃａｎｄｌｅ?ｆｌａｍｅ?ｉｍａｇｅ??３波長積分雙色法的測溫過程??３．１相機拍攝參數(shù)設(shè)置、像素值的讀取和插值處理??３．１．１増益值??本文搭建了研究波長積分法測溫的試驗系統(tǒng)，??如圖２所示。采用Ｐｈａｎｔｏｍ?ｖ７．３型ＣＭＯＳ彩色高速??相機拍攝蠟燭火焰，該相機芯片的感光波段為可見??光范圍．曝光時間設(shè)為１．６?ｍｓ，采樣頻率為６０?ｆｐｓ，??相機光圈ｆ／２．８，分辨率設(shè)為５１２ｘ５１２，蠟燭燭芯高??度保持為５?ｍｍ。某單幀蠟燭火焰如圖３所示，圖??當(dāng)用鏡頭蓋遮住高速相機鏡頭時，在高速相機??控制程序中設(shè)置不同的増益值（Ｇａｉｎ），所拍攝得到??的背景圖片的噪聲如圖４所示，可見背景噪聲基本??隨增益值線性增大，拍攝過程中須取最小增益值，以??盡可能消除背景噪聲的影響。本文選擇該ＣＭＯＳ相??機的最小增益值（Ｇａｉｎ＝０．１）。??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于數(shù)字域TDI算法改進面陣CMOS圖像傳感器功能[J]. 曲宏松,張葉,金光.  光學(xué)精密工程. 2010(08)
[2]光學(xué)診斷在柴油機缸內(nèi)碳煙測試中的應(yīng)用[J]. 何旭,馬驍,王建昕.  車用發(fā)動機. 2007(03)
[3]雙色法同時測定碳?xì)浠鹧鏈囟群吞剂ｓw積分?jǐn)?shù)[J]. 何煥青,是度芳,周懷春,艾育華.  華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2004(03)
[4]雙色法火焰監(jiān)測分析技術(shù)用于火焰溫度場的實測試驗[J]. 姜凡,劉石,盧鋼,閻勇,宋燕民,王海剛,馬人熊,潘忠剛.  中國電機工程學(xué)報. 2002(12)
[5]運用彩色CCD測量火焰溫度場的校正算法[J]. 衛(wèi)成業(yè),王飛,馬增益,薛飛,胡剛,李曉東,嚴(yán)建華,岑可法.  中國電機工程學(xué)報. 2000(01)
[6]爐膛火焰溫度場圖象處理試驗研究[J]. 周懷春,婁新生,肖教芳,尹鶴齡,鄧元凱,顧一之,徐方靈,孫國俊.  中國電機工程學(xué)報. 1995(05)
[7]蠟燭火焰的光譜分析[J]. 宋敏,鄶新凱.  光譜學(xué)與光譜分析. 1994(04)

碩士論文
[1]噴油策略對柴油機燃燒影響的可視化研究[D]. 靳森嘉.北京理工大學(xué) 2015
[2]基于火焰圖像求取溫度場的雙色法測溫系統(tǒng)設(shè)計[D]. 曾志斌.華中科技大學(xué) 2013
[3]用雙色法研究內(nèi)燃機燃燒火焰的溫度場及碳煙濃度場[D]. 田辛.清華大學(xué) 2004



本文編號：3565946