專利名稱：火焰瞬態(tài)實時溫度測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測溫裝置，特別是一種火焰瞬態(tài)實時溫度測量裝置。
目前，對火焰溫度的測量多采用改進型鈉譜線翻轉測量法，它主要是利用含鈉或鉀的火焰對照射于火焰的連續(xù)光具有吸收功能這一特性，根據譜朗克輻射定律，通過它們之間的關系，求出火焰的溫度。本申請的主要發(fā)明人曾在1989年美國《光譜學通訊》第22卷上發(fā)表了一篇題為“火焰原子吸收光譜的火焰溫度時間分辨特性的研究”文章，文中公開了根據改進型納譜翻轉法測量火焰溫度的裝置，主要由光源、聚焦透鏡、斬光器、單色儀、光電倍增管和檢測系統組成，單色儀為蔡鈕型雙光柵單色儀，測試時，單色儀分別對光源光、火焰光以及光源與火焰的混合光進行分光，再由光電倍增管接收光信號，輸給檢測系統處理，分別測出光源的相對輻射光譜強度值IL、火焰的相對輻射光譜強度值IF和光源與火焰光疊加的相對輻射光譜強度值IL+F，算出這三個量后，再代入公式TF= ［ T-1L+k λc hl nIL+IF- IL + FIF］-1]]>便可求得火焰的溫度值。(注上述公式中，TL、k、λ、c、h均為已知數)。這種裝置存在的主要缺點是分光系統是采用單色儀，它由若干個透鏡和寬度很窄的入射狹縫和出射狹縫以及光柵組成，這就使得系統的結構復雜，體積與質量均較大，使用也很不方便;另外，由于單色儀中入射狹縫和出射狹縫的要求很窄，約15微米，所以使得入射光和出射光的光能量損耗較大，測溫時間分辨率為50微秒，測量的靈敏度也大大降低，而要提高系統的靈敏度，就必須提高光電倍增管的負高壓，但帶來的不足又使得噪音加大;再則，單色儀的價格一般都很昂貴，如上述現有技術中的單色儀，價格需3萬多美元。
本發(fā)明的目的是為了提供一種新型的火焰瞬態(tài)實時溫度測量裝置。它不但結構簡單，質量輕巧，而且能避免單色儀中入射狹縫和出射狹縫對光能量的影響。
根據本發(fā)明所述的火焰瞬態(tài)實時溫度測量裝置，主要由光源、聚焦透鏡、斬光器、分光系統、光電倍增管、瞬態(tài)示波記錄器和微電腦處理機組成。聚焦透鏡、分光系統、光電倍增管沿光路依次排列，斬光器位于光源后的兩個聚焦透鏡的焦點處，并由微電腦處理機控制，光電倍增管的輸出端與瞬態(tài)示波記錄器的輸入端相接，瞬態(tài)示波記錄器的輸出端與微電腦處理機的輸入端相接，其特征在于，分光系統是由一個光欄和一個濾光片組成。本發(fā)明的基本思想是采用一個適合系統通光波長的濾光片取代原分光系統即單色儀，并由一個光欄設置在濾光片前，來消除系統的雜散光，從而達到分光目的。本裝置的使用原理與現有技術相同，也是采用改進型鈉譜線翻轉法，先分別測出光源、火焰以及光源與火焰疊加所相對的光譜強度值，再利用微電腦處理機通過固定公式求出火焰的溫度值。其具體使用過程是，如待測火焰為非穩(wěn)態(tài)火焰，比如爆炸火焰，其火焰中本身就含有鈉或鉀，此時斬光器由微電腦處理機控制以20KHz的頻率開始切光，在火焰未進入系統前，讓光源光經濾光片后先測出光源的相對輻射光譜強度IL，火焰進入系統后，使火焰光或光源光與火焰的疊加光進入濾光片分光，由光電倍增管接收，變?yōu)殡娦盘栞斀o瞬態(tài)示波記錄儀記錄，再由微電腦處理機處理，分別測出火焰和光源與火焰的疊加光所相對的光譜強度IF和IL+F，根據這三個光譜強度值由處理機運用火焰溫度計算公式TF= ［ T-1L+k λc hl nIL+IF- IL + FIF］-1]]>算出所測火焰的溫度值。公式中TL為光源的溫度，k為玻耳茲曼常數，λ為波長，c為光速，h為普朗克常數，以上數均為已知數。對于穩(wěn)態(tài)火焰的測量，如煤氣火焰等，由于其火焰中本身不含有鈉或鉀，所以在測量火焰和光源與火焰的疊加光相對的光譜強度值時，要在火焰中加入微量的鈉鹽或鉀鹽才能進行，其斬光器以5Hz頻率對光源光進行斬切，其它測試方法與上述一樣。
本發(fā)明與現有裝置相比，其顯著優(yōu)點是(1)用簡單的濾光片代替現有復雜的單色儀來進行分光，可得到與現有單色儀的同樣效果;(2)由于取代了現有的單色儀，所以避免了單色儀中入射狹縫和出射狹縫對光能量的影響，使得通光孔徑由原來的15微米加大至10毫米，又由于濾光片的透過率遠遠大于單色儀復雜的光學元件，所以系統的測光靈敏度也大大提高，最大測溫時間分辨率可達25微秒;(3)成本低、體積小、質量輕且操作簡單，僅就分光系統與現有裝置的分光系統相比如下
本發(fā)明的具體結構由以下附圖
和實施例給出。
附圖為本發(fā)明所述火焰瞬態(tài)實時溫度測量裝置的結構示意圖。
下面根據附圖分別以含鈉待測火焰和含鉀待測火焰為例對本發(fā)明作進一步詳述。
實施例列1，待測火焰為含鈉火焰，參見附圖，火焰瞬態(tài)實時溫度測量裝置由光源1、聚焦透鏡2、3、4、斬光器5、光欄6、濾光片7、光電倍增管8、瞬態(tài)示波記錄器9和微電腦處理機10組成，光源1為W6－18型鎢帶燈，聚焦透鏡2、3、4均為通用光學透鏡，沿光路依次排列，斬光器5選擇切光頻率為5Hz-20KHz范圍連續(xù)可調的斬光器，使用時，根據待測火焰需要的性質選取切光頻率，斬光器5位于聚焦透鏡2和聚焦透鏡3之間的焦點處，光欄6的開口為10×5mm，位于聚焦透鏡4的焦點處，濾光片7的通光波長為589納米，半寬度為12納米，這主要是相對于含鈉火焰的分光，濾光片7位于光欄6之后，與光欄6相隔3mm，光電倍增管8的型號為1P28，瞬態(tài)示波記錄器9和微電腦處理機10均為通用儀器，瞬態(tài)示波記錄器9的輸入端與光電倍增管8的輸出端相接，輸出端與微電腦處理機10的輸入端相接，待測火焰11位于聚焦透鏡3和聚焦透鏡4之間的平行光路中。
實施例2，待測火焰為含鉀火焰，實施例2與實施例1的組成部件和位置關系均相同，所不同的是，本實施例的濾光片7應選擇通光波長為766納米;半寬度為12納米的濾光片，這主要是相對于含鉀火焰的分光需要。其它部件的參數要求與實施例1相同。
權利要求
1.一種火焰瞬態(tài)實時溫度測量裝置，主要由光源[1]、聚焦透鏡[2、3、4]、斬光器[5]、分光系統、光電倍增管[8]、瞬態(tài)示波記錄器[9]和微電腦處理機[10]組成，聚焦透鏡[2、3、4]、分光系統、光電倍增管[8]沿光路依次排列，斬光器[5]位于聚焦透鏡[2、3]的焦點處，并由微電腦處理機[10]控制，光電倍增管[8]的輸出端與瞬態(tài)示波記錄器[9]的輸入端相接，瞬態(tài)示波記錄器[9]的輸出端與微電腦處理機[10]的輸入端相接，其特征在于，分光系統是由一個光欄[6]和濾光片[7]組成。
2.根據權利要求1所述的火焰瞬態(tài)實時溫度測量裝置，其特征在于，濾光片〔7〕的通光波長為589納米，半寬度為12納米。
3.根據權利要求1所述的火焰瞬態(tài)實時溫度測量裝置，其特征在于濾光片〔7〕的通光波長為766納米，半寬度為12納米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種火焰瞬態(tài)實時溫度測量裝置，它主要由光源、聚焦透鏡、斬光器、分光系統、光電倍增管和處理系統組成。其特征在于分光系統由一個光欄和濾光片組成。本發(fā)明用一個簡單的濾光片代替了現有復雜的單色儀來進行分光，不但保持了原有優(yōu)點，還避免了光能量的損耗，系統靈敏度大幅度提高，測溫時間分辨率可達25微秒，分光系統的質量由原來的80公斤降至0.3公斤，結構簡單、價格低廉、攜帶方便，廣泛適用于各種火焰的溫度測量。
文檔編號G01J5/62GK1088680SQ92107860
公開日1994年6月29日 申請日期1992年12月21日 優(yōu)先權日1992年12月21日
發(fā)明者王俊德, 陳作如, 李生勇, 羅蘊華, 李維格, 王瑩, 李鴻志 申請人:華東工學院