基于多级并行离焦的近红外断层测温技术实现三维火焰温度场重构

本研究创新性地提出基于多级并行离焦的近红外断层测温方法，通过傅里叶光学建立物像映射关系，结合普朗克辐射定律实现燃烧火焰三维温度场测量。该传感器采用集成分束棱镜（FPGA同步控制）实现多通道同步采集，经点扩散函数校准后，在950 nm波段对固体燃烧器尾焰进行测试，最大测量误差<10%，为燃烧诊断（如内燃机/火箭发动机）提供了高精度红外三维测温方案。

　　

Highlight

断层成像建模

基于傅里叶光学理论的三维火焰断层成像原理如图1所示。在空间坐标系O-xyz中，燃烧火焰可建模为沿主光轴z方向分布的二维切面组合。通过光学传递函数（PSF）建立特定燃烧切面与成像的映射关系，结合普朗克辐射定律实现温度反演。

校准

完成传感器集成制备后，对共轴光路、点扩散函数（PSF）和光电映射进行校准。通过钨卤素光源（400-2400 nm）和刻字亚克力板验证离焦层析效果，轴向分辨率达15 mm。

断层验证

如图11所示实验装置，950 nm窄带滤光片筛选火焰光谱信息后，固体燃烧器尾焰测试表明：理论值与实测值最大误差<10%，证实该技术在近红外波段三维温度场测量的有效性。

Conclusion

本研究开发的基于多级并行离焦的近红外测温仪，通过集成分束棱镜（FPGA同步控制）实现燃烧火焰三维温度场断层成像。机械结构设计保障了系统稳定性，为工业燃烧过程（如锅炉/火箭发动机）提供了新型光学诊断工具。