本申请涉及柴油发动机燃烧室，具体涉及基于tdlas技术测量柴油发动机燃烧室出口位置火焰温度场的技术。
背景技术：
1、燃烧室作为柴油发动机的“心脏”，其燃烧状态直接反应了发动机的工作过程、尾气排放以及燃烧效率。通过对燃烧状态进行监测，能够对燃烧室的当前健康状况进行诊断，并以此预测其性能变化趋势，以确保发动机安全可靠地运行，因此，对燃烧室进行燃烧诊断是十分有必要的。而燃烧室的火焰温度更是一个非常重要的物理量，一方面，燃烧室内的燃料在进行雾化、混合脉动生成混合气的过程中，会导致燃烧火焰产生动态变化，其火焰温度也会随之发生变化，可通过监测燃烧火焰温度的变化情况，判断燃烧室内燃料的燃烧状态；另一方面，随着燃烧室的发展，燃烧室出口处的温度不断增加，已超过耐高温合金材料的熔点。因此，对燃烧室出口处的火焰温度进行测量，能够对研制合适的耐高温合金材料制作燃烧室提供重要的理论依据。可见，对燃烧室出口处的火焰温度进行准确诊断，对于改善燃烧效率、降低污染物的排放和提高发动机的使用寿命有着重要的指导意义。
2、可调谐半导体吸收光谱技术(tdlas)是激光诊断技术的一种，其原理如图1所示，激光器在信号发生器的控制下输出特定波长的激光，激光穿过待测气体后光强发生衰减，经探测器测得衰减后的强度，由上位机进行计算。计算原理如下：根据beer-lambert定理，通过单色光的光谱吸收率与被测气体浓度之间的一一对应关系，计算被测组分的平均浓度信息。tdlas具有安全性高、灵敏度高、准确度高、响应速度快等特点。目前基于激光的测温法主要包括点测量、光程路径的积分测量和成像技术。但当测量目标是在实际燃烧中提供定量、空间和时间分辨的温度信息时，这些方法都具有一定的局限性，而结合计算机层析成像技术(computed tomography，ct)的激光吸收二维断层成像技术(tunable diode laserabsorption tomography，tdlat)的测温法可以克服这种限制。tdlat通过利用ct的原理，将待测空间区域分成许多网格，并沿网格线进行tdlas积分吸光度测量，然后利用算法得到网格交会处的吸收信息，从而得到整个场的温度分布。基于tdlat的双线测温法以其对光学器件与计算资源的需求明显低于高光谱层析成像的优势，成为当前tdlat温度成像领域的主流方法。但是，采用该方法术重建二维/三维温度场时，若温度场存在多个高温点，那么还原得到的温度场会存在高温点的“虚影点”，“虚影点”是指计算出的温度较高、但实际并不是高温点的位置，现有技术大多采用卷积神经网络迭代算法或机器视觉对“虚影点”进行过滤，但是数据处理时间长，影响实时在线测量的速度。
技术实现思路
1、本申请为了解决或缓解以上问题，提供了一种基于热成像和tdlat的气体三维燃烧温度场测量系统及方法。
2、本申请的基于热成像和tdlat的气体三维燃烧温度场测量系统包括：第一激光控制器、第二激光控制器、第一激光器、第二激光器、合束器、分束器、若干个激光发射器，若干个激光接收器、安装支架、能够沿竖直方向伸缩的支撑结构、红外热成像仪、数据采集卡、以及数据处理模块；所述安装支架固定在所述支撑结构的部，待测区域位于所述安装支架围成的区域内；
3、所述红外热成像仪用于对所述待测区域进行成像；所述若干个激光发射器布置在所述安装支架上，所述若干个激光发射器发出的激光位于所述安装支架所在的平面内，并且所述若干个激光发射器发出的激光的传播路径均匀布满所述待测区域；所述若干个激光接收器布置在所述安装支架上，并且所述若干个激光发射器和所述若干个激光接收器一一对应；所述数据处理模块通过所述数据采集卡向所述第一激光控制器和所述第二激光控制器发送控制信号、以及接收所述若干个激光接收器采集到的数据；所述第一激光控制器和所述第二激光控制器分别根据接收到的控制信号控制所述第一激光器和所述第二激光器；所述第一激光器和所述第二激光器输出的不同频率的激光依次进入所述合束器和所述分束器后分为若干束激光，所述若干束激光分别经过所述若干个激光发射器发出。
4、可选地，所述若干个激光发射器沿周向均匀布置在所述安装支架上，并且所述若干个激光发射器发出的激光相交于所述待测场的中心。
5、可选地，所述若干个激光发射器等间隔布置，且所述若干个激光发射器的激光出射方向相互平行。
6、可选地，所述若干个激光发射器发出的激光形成的交叉点均匀布满所述待测区域。
7、可选地，所述第一激光控制器和所述第二激光控制器在所述数据处理模块的控制下向所述第一激光器和所述第二激光器发出三角波电信号。
8、可选地，所述支撑结构包括若干个伸缩杆，每个伸缩杆通过一个电机带动以实现伸缩。
9、可选地，所述支撑结构包括若干个l形支撑杆和一个伸缩杆，所述安装支架安装在所述若干个l形支撑杆的一端，所述若干个l形支撑杆的另一端固定在所述伸缩杆的一端，所述伸缩杆通过电机带动以实现伸缩。
10、可选地，所述激光发射器采用光纤准直器实现。
11、基于上述系统的气体三维燃烧温度场测量方法包括：按照预设的第一步长调节所述支撑结构的高度；每调节一次高度，根据数据采集卡采集到的数据分别计算所述待测区域内每条激光传播路径的平均温度，并利用所述红外热成像仪获取所述待测区域的温度分布图，结合所述所述红外热成像仪获取的温度分布图确定高温点的位置；待所述支撑结构高度调节完成，根据各高度下各点的温度及坐标还原所述气体三维燃烧温度场。
12、可选地，所述方法还包括：结合所述所述红外热成像仪获取的温度分布图删除虚影点，并利用样条插值进行平滑处理，得到高分辨率的温度场二维分布。
13、本申请的基于热成像和tdlat的气体三维燃烧温度场测量系统及方法，通过红外热成像仪拍摄待测区域的温度分布图像，将该温度分布图像作为参考图像，采用tdlat技术测量温度场每一条激光传播路径的平均温度，结合参考图像确定高温点的位置，以此消除“虚影点”或避免“虚影点”的产生，提高温度测量精度。本申请由于采用红外热成像仪拍摄图像的方式确定真实的高温点的位置，操作简单，而且不涉及迭代算法或机器视觉技术，避免了大量的数据处理环节，能够显著提高测量效率。上述系统及方法能够实现对船舶柴油发动机的燃烧诊断，通过还原三维场的温度分布，可以实时检测船舶柴油发动机的燃烧状态。
1.基于热成像和tdlat的气体三维燃烧温度场测量系统，其特征在于，包括：第一激光控制器、第二激光控制器、第一激光器、第二激光器、合束器、分束器、若干个激光发射器，若干个激光接收器、安装支架、能够沿竖直方向伸缩的支撑结构、红外热成像仪、数据采集卡、以及数据处理模块；
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述若干个激光发射器沿周向均匀布置在所述安装支架上，并且所述若干个激光发射器发出的激光相交于所述待测场的中心。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述若干个激光发射器等间隔布置，且所述若干个激光发射器的激光出射方向相互平行。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述若干个激光发射器发出的激光形成的交叉点均匀布满所述待测区域。
5.如权利要求2至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一激光控制器和所述第二激光控制器在所述数据处理模块的控制下向所述第一激光器和所述第二激光器发出三角波电信号。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述支撑结构包括若干个伸缩杆，每个伸缩杆通过一个电机带动以实现伸缩。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述支撑结构包括若干个l形支撑杆和一个伸缩杆，所述安装支架安装在所述若干个l形支撑杆的一端，所述若干个l形支撑杆的另一端固定在所述伸缩杆的一端，所述伸缩杆通过电机带动以实现伸缩。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光发射器采用光纤准直器实现。
9.基于权利要求1-8中任一项所述的系统的气体三维燃烧温度场测量方法，其特征在于，包括：
10.如权利要求9所述的气体三维燃烧温度场测量方法，其特征在于，还包括：
