本发明涉及碳烟测量领域，具体地，涉及一种复杂燃烧场碳烟浓度测量系统及其使用方法。
背景技术：
1、碳烟别名碳黑，是由碳氢化合物燃烧的主要危害产物之一，其产生和后续行为过程相当复杂，是一个多样性的复杂过程；碳烟产生之后会存在生长、聚集、扩散等过程，碳烟颗粒还存在复杂的气相过程，会出现碳烟颗粒升华，即从固体到气体的变化过程。目前人类生活中存在的各种动力设备均有碳氢化合物的参与，碳烟的产生与人类生活的是处处相关的，尽管随着新能源、清洁能源、清洁手段等发展迅速，燃料燃烧污染问题已经得到了极大的改善，烟尘、氮氧化合物、温室气体等排放已经大量减少，但是就目前来说，各种清洁技术以及能源环保技术已经趋于极限水平，且碳烟由于其自身存在一定的吸附性，可能在空气中吸附一些有害物质，比如对人体有害的各种细菌病毒之类的从而会使得大气中的有害物质水平提高，对人体健康造成不良影响。另外对人类生活而言，动力装置是不可避免的，因此减少碳氢化合物燃烧造成的污染是一个仍需人类不断探索的过程。燃气轮机主要结构包括压气机、燃烧室、燃气透平等结构，碳烟的主要生成区域为燃烧室，且燃烧室出口也会存在碳烟的生成，另外碳烟多产生于富燃区域。碳烟的燃烧前驱物为多环芳烃（pahs），pahs产生之后主要会存在两个行为即热解和氧化，热解会导致碳烟的生成，氧化程度与碳烟的生成水平成反比，在燃烧的下流区域由于高温条件，大部分pahs以及碳烟会被氧化，但是存在少部分碳烟会随着燃气轮机的尾气系统排向大气中，因此获取碳烟相关信息是必要的。
2、通过实验手段获取碳烟的有关信息比如：碳烟粒径、温度信息、体积分数信息、行为信息、分布信息等对于了解碳烟以及进一步减少碳烟排放具有重要意义。到目前为止，国际上已经出现了一些针对碳烟的测量手段以及实验方法，从大类别上可以分为接触式诊断、非接触式诊断，接触式诊断方法一般包括：热电泳力采样技术、细丝热电偶测温技术、电压冲击颗粒分析法；接触式诊断方法原理简单、操作简单、且实验条件不需要很复杂、实验方便且快速，但是接触式诊断方法会直接影响燃烧环境，从而对所收集到的碳烟颗粒测量造成影响导致误差；比如热电泳力采样技术直接将探针伸入燃烧环境，这会导致探针可能影响燃烧本身，且对探针的直径要求严格；非接触式诊断方法包括：消光法（lem）、散射法（ls）、双色法（tc）、激光诱导炽光法（lii），其中消光法是利用入射光经过碳烟云时光强会发生衰减，利用光强衰减得到一个平均光程内的碳烟信息，消光法原理简单，操作难度不高，只需要一台激光器，不需要额外的能源系统，但缺点明显，无法实现二维平面的实时测量，且得到的碳烟信息是一个光程内的平均结果，对于不稳定的湍流燃烧等环境不适用；散射法利用入射光在照射到碳烟颗粒会发生散射，通过收集散射光的信号可以得到碳烟的信息，但散射法与消光法缺点类似，均是得到一个平均光程下的碳烟信息且无法实现实时在线标定；双色法是利用两个不同波长的激光照射到碳烟云区域，通过收集两个波长下的辐射信号从而获得碳烟的信息，双色法可以实现碳烟实时在线标定，且测量精度高，但双色法需要严格将两个不同波长的光控制在同一二维平面内，操作难度较高，另外，双色法也是获得二维平面上的一个平均结果而无法获得燃烧环境各点的信号信息。激光诱导炽光法原理在于激光照射到碳烟颗粒时，碳烟颗粒会迅速升温，随即通过升华、热传导、辐射三种方式进行降温，且降温与碳烟颗粒的比表面积大小有关。通过获得在两个波长下的辐射信号进行计算可以得到碳烟的体积分数、温度、粒径等信息。激光诱导炽光法可以实现实时在线标定，通过配合iccd的使用可以获得燃烧环境中每一点的碳烟信息，测量精度很高。激光诱导炽光法需要利用两个不同波长的滤波片，可以通过使用两个相机分别装载不同的滤波片。或者利用双像器装载不同的滤波片从而利用一个相机实现。但是利用双像器可能会导致拍摄出现误差等问题。
技术实现思路
1、本发明目的是同时实现一方面提升复杂燃烧场碳烟信息测量应用的广泛性，另一方面保障复杂燃烧场碳烟信息的准确测量。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种复杂燃烧场碳烟浓度测量系统，所述测量系统包括：
3、燃烧系统、时序控制系统、片光光路、纳秒激光光源、沙姆成像系统和数据处理系统；
4、其中，燃烧系统用于提供燃烧场生成碳烟；所述时序控制系统用于实现纳秒激光光源对应的激光信号时序与沙姆成像系统对应的拍摄信号时序保持在同一波段内；纳秒激光光源用于产生激光，所述片光光路用于纳秒激光光源发出的激光的能量大小进行调整，以及将高斯激光束转变为片光后射入燃烧场；沙姆成像系统用于对激光照射后的燃烧场进行成像获得拍摄图像；数据处理系统用于对拍摄图像进行图像真实物理尺寸标定处理，以及对拍摄图像进行空间和强度校正处理，获得校正后的图像，基于校正后的图像计算获得碳烟信息测量结果；其中，沙姆成像系统包括第一iccd相机和第二iccd相机，第二iccd相机上安装有沙姆转接口，第二iccd相机以相对激光传输方向倾斜的拍摄角度对燃烧场进行拍摄，第一iccd相机与第二iccd相机的拍摄角度同时满足沙姆定律和铰链定律。
5、其中，本系统根据沙姆定律和铰链定律设置的相机能够清晰地拍摄待测平面，但拍摄得到的图像是倾斜的，因此需要在后期对所测图像做空间和强度校正，通过标定板处理与校正相结合可以实现图像与真实物理尺寸之间的标定与对应，从而提高后续计算碳烟体积分数以及碳烟颗粒温度的准确性。
6、本发明利用基于沙姆定律和铰链定律的斜拍方式。以往由于燃烧环境的限制导致拍摄方式以及拍摄位置受到了很大的干扰，利用斜拍方式可以将lii测试方法的应用广泛性得到很大的提升。
7、其中，本系统可以理解为是一种基于双色lii技术与沙姆成像的复杂燃烧场碳烟体积分数分布测量系统，本发明利用双色lii技术结合沙姆成像的倾斜焦面拍摄手段对碳烟体积分数与颗粒温度进行测量，两个相机拍摄成一定角度，可以获得更大的拍摄景深。由于分幅相机严重的图像变形和聚焦条件不匹配问题，其中一个相机安装沙姆转接口以一定倾斜角度测量，基于沙姆定律与铰链定律确定另一个相机的拍摄角度，但两相机的拍摄角度可以实时匹配实验中的实际需求。纳秒激光器作为光源经过反射、片光镜组生成片光打到燃烧环境生成的火焰上，碳烟颗粒吸收能量从而放出热辐射。两台装载不同滤波片的iccd相机收集不同波长下的热辐射信号，最后结合校正手段计算得到lii信号、碳烟体积分数与碳烟颗粒温度信息。
8、其中，本系统中的沙姆成像系统与以往的传统成像方法存在不同，拍摄方法为可以应用于复杂的工程台架、复杂燃烧环境等的斜拍方式，对于一些复杂的燃烧环境如航空发动机燃烧室、燃烧室出口、定容燃烧弹等，在获取lii信号时普通的拍摄方法相机摆放位置与拍摄角度会受到燃烧环境的限制。利用斜拍的方式时首先可以获得更大的拍摄景深，其次斜拍的拍摄角度变化灵活，可以根据实际的燃烧环境调整斜拍的角度以适配复杂燃烧环境中获取lii信号图像的需求。复杂的工程台架也是如此，斜拍的方式扩大了双色lii技术在测量碳烟领域方面的应用。由于分幅相机严重的图像变形和聚焦条件不匹配问题，本系统将第一iccd相机置于正面进行拍摄，而第二iccd相机安装沙姆转接口以一定倾斜角度拍摄，第一iccd相机同样可以以倾斜角度拍摄。
9、其中，本系统中的斜拍实现方式为：利用沙姆转接口改变其中一个相机摆放位置实现斜拍处理，从而可以实现双色lii技术在复杂工程台架以及复杂且受限的燃烧环境的应用。
10、其中，根据沙姆定律和铰链定律设置的相机能够清晰地拍摄待测平面，通常情况下进行拍摄时相机镜头与成像平面平行，对焦镜头与镜头平面也是平行的。沙姆定律则是此类正常拍摄情况下成像规律的扩大，当镜头平面不再与成像平面保持平行时，当它们相交于一条直线时，能够清晰成像的点全部落在另外一个平面也就是对焦平面，此时三个平面交于一条直线。但仅仅依靠沙姆定律进行成像时可能会存在无数个对焦平面可以满足3个平面相交于同一直线这一条件，因此这无数个平面不可能都能达到很清晰的成像效果。而铰链定律则可以认为是沙姆定律的一种配置应用，铰链定律指出：透镜的前节点且平行于成像面的假想平面、聚焦平面以及透镜的前焦平面应相交于同一直线，因此此时利用沙姆定律成像时不会出现无数个对焦平面。沙姆定律的三个平面在满足铰链定律的条件下可以提高拍摄的准确度。但拍摄得到的图像是倾斜的，因此需要在后期利用数据处理系统对所测图像做空间和强度校正。
11、在一些实施例中，所述燃烧系统包括：流量控制器、可燃气体气瓶、氧化剂气瓶和燃烧器；流量控制器用于控制可燃气体气瓶和氧化剂气瓶的流量，所述燃烧器用于提供燃烧场生成碳烟生成。其中，通过流量控制器控制可燃气体和氧化剂的流量从而实现不同当量比和总流量的燃烧工况；氧化剂可以为空气或氧气。
12、其中，本发明中的燃烧系统的使用简单高效，通过一流量控制器可以操控燃料、空气输入速率；从而方便地控制所需要的当量比进行实验，燃烧器的放置由片光光路决定，但对于复杂燃烧环境而言，片光光路设计灵活从而可以为适配燃烧环境的实际需求，对片光光路进行调整；当量比的改变会导致燃烧器上火焰高度的改变，升降台可以对相机拍摄高度进行调节从而适配拍摄需求。
13、在一些实施例中，所述时序控制系统包括：光电探头、示波器和数字发生器，所述光电探头放置在片光光路中收集散射光信号，所述示波器触发连接第一iccd相机、第二iccd相机和光电探头，所述数字发生器用于触发纳秒激光光源中的激光器、q开关、第一iccd相机和第二iccd相机。通过以上设备可以实现激光信号时序与拍摄信号时序保持在同一波段内；使用数字发生器（ddg）来触发激光器、q开关和2个iccd相机，并同时用示波器监测它们的时序。另外，在平凹柱面镜附近设置了一个光电二极管探头来探测散射的1064nm激光，依此作为示波器上的激光脉冲信号。在实际寻找lii信号过程中，首先通过调节ddg上2个相机的触发使它们的monitor信号靠近激光脉冲信号，然后在iccd相机的控制软件中精细调节其延迟使monitor信号上升沿与激光脉冲信号的上升沿对齐，在这种时序情况下一般能够测到lii信号。在实验中一般设置门宽为20ns，可防止iccd由于接受大量光信号而受到损坏。
14、在一些实施例中，所述片光光路包括反射镜、透射镜、光阑和柱面镜组；其中，所述反射镜用以反射1064nm的激光以实现光的转向；所述透射镜可以将除1064nm外其他波段如532的光去除以防止其他波段的光对实验造成影响；所述光阑作用为限制成像光束孔径角和限制成像范围的作用，可以控制光束的大小，此外还可以在实验中实时检查光束是否产生偏移；所述柱面镜组用以将光束塑形，经过柱面镜组可以将光束塑形为实验中所需要的片光。收集lii信号时激光波长一般选为1064nm，由于碳烟的前驱物pahs在532nm光照射下会产生荧光信号从而对拍摄信号进行干扰；另外532nm是可见绿光、1064nm是不可见光。因此在铺设调整片光光路时需要利用黑纸，操作过程较532nm困难，但信号不会受到影响。
15、在一些实施例中，所述沙姆成像系统还包沙姆镜头、滤波片和升降台，第一iccd相机和第二iccd相机上均可安装沙姆镜头且分别载有450nm、600nm的滤波片，所述升降台用于调整第一iccd相机和第二iccd相机的位置。
16、在一些实施例中，所述纳秒激光光源系统包括水冷箱、电源系统、纳秒激光器，所述纳秒激光器做为光的唯一来源，需要能够放出1064nm的激光；
17、在一些实施例中，所述沙姆成像系统包括两台iccd相机、2个滤光片（波长450nm、600nm）、沙姆镜头和升降台。
18、在一些实施例中，所述测量系统还包括用于对激光进行遮挡的挡光板进行相应的防护。
19、在一些实施例中，数据处理系统具体用于：
20、计算获得校准因子；
21、基于沙姆成像系统拍摄，两台iccd相机分别拍摄获取标定板图像。由于以斜拍方式获取的图像需要进行校正，数据处理系统首先需要将标定板图像进行空间校正。校正后将标定板上的两个圆心之间的真实物理尺寸与两个圆心之间的像素点数对应从而获取真实物理尺寸与像素点之间的数量关系，从而可以在后续进行计算时将图像的像素点数转换为真实物理尺寸，利用转换为真实物理尺寸之后的图像进行计算。基于标定板图像的处理对拍摄图像进行校正、尺寸标定处理获得标定处理后的拍摄图像，
22、基于沙姆成像系统获得本底信号，基于本底信号和标定处理后的拍摄图像的信号，获得去掉本底信号后的拍摄图像的信号；
23、基于去掉本底信号后的拍摄图像的信号和校准因子计算获得碳烟信息测量结果。
24、在一些实施例中，碳烟信息测量结果包括：碳烟体积分数和碳烟颗粒温度，碳烟体积分数和碳烟颗粒温度的计算方式为：
25、；
26、；
27、其中，tp为碳烟颗粒温度，fv为碳烟体积分数，c为光速，h为普朗克常数，k为玻尔兹曼常数，λ1和λ2分别为第一iccd相机和第二iccd相机对应的滤波片参数，iexp1和iexp2分别为第一iccd相机和第二iccd相机采用不同滤波片采集获得的拍摄图像信号，η(λ1)和η(λ2)分别为第一iccd相机和第二iccd相机对应的校准因子，e(m(λ1))和e(m(λ2))分别为波长为λ1和λ2对应的碳烟吸收函数，ωb为激光片厚度，η(λ)为测量系统的校准因子，e(m(λ))为波长为λ对应的碳烟吸收函数，iexp为实验所获取的实际信号，λ为测量波长。
28、为实现上述发明目的，本发明还提供了一种所述的一种复杂燃烧场碳烟浓度测量系统的使用方法，所述方法包括：
29、步骤一：将承载纳秒激光光源中激光器的光学平台移动至预设位置，具体为：将承载激光器的光学平台移动至适合测量的位置附近，此操作可以确保纳秒激光器可以稳定输出1064nm波长的激光脉冲，脉冲能量需要能够达到数十毫焦的量级，且需要放出的激光脉冲具有比较好的光斑质量；
30、步骤二：搭建片光光路，具体为：搭建lii实验所需要的片光光路系统，本光路主要为偏转光路，目的是为了实现从激光器中放出的光束最终打入燃烧环境时为片光，实现碳烟云区域的截面测量，系统中涉及到的偏转光路主要包括能量调整单元与片光系统，前者可以调节激光能量以适配实验时的实际需求，后者将高斯激光束转变为片光，从而实现二维lii测量；
31、步骤三：利用升降台安装第一iccd相机和第二iccd相机，在第一iccd相机和第二iccd相机前端均安装物镜和滤光片，具体为：结合升降台安装两台iccd相机，两台iccd组成斜焦面成像测量系统，两台相机前端均安装物镜与窄带滤光片，滤光片波长分别为450nm、600nm，在所需要的测量位置放置标定板，调整前端物镜使其成像达到最好的效果；
32、步骤四：搭建时序控制系统，具体为：利用脉冲发生器与示波器组成时序控制系统，两台iccd相机和激光器的时序由脉冲发生器控制，从而完成时序控制系统的搭建；
33、步骤五：对激光器进行预热，预热完成后发射激光，利用时序控制系统收集激光散射光，将收集的激光信号与第一iccd相机和第二iccd相机的监听信号重合，然后利用挡光板对激光遮挡，具体为：在完成系统搭建之后，在水冷箱中加入去离子水，添加到离顶端3cm左右；打开水冷箱开始工作，打开电源开关，激光器开始预热，激光器预热30分钟，放出激光，利用光电探头收集激光散射光，在示波器上将激光信号与相机的monitor信号重合，随后利用挡光板对激光遮挡；
34、步骤六：开启时序控制系统中的脉冲发生器，对第一iccd相机和第二iccd相机进行降温处理，具体为：将脉冲发生器开启、打开iccd相机与控制两台iccd相机的电脑即工控机，打开工控机中的相机软件，在软件中将iccd相机温度设为负30度且同时开启降温程序，等待两台iccd相机完成降温；
35、步骤七：将激光器的触发方式调整为外触发模式，利用脉冲发生器控制激光器出光，利用激光能量计测量激光脉冲能量，调节q开关使激光能量达到预设要求，利用激光片测量聚焦位置片光尺寸估算激光片厚度；
36、步骤八：激光器预热完毕之后，放开挡光板，激光器放出激光，对激光位置与形状进行调整，通过片光光路生成片光，沿激光的传输光路在燃烧器之后安装挡光板，具体为：激光器预热完毕之后，放开挡光板，纳秒激光器放出1064nm的激光，根据实验需要对激光位置与形状进行调整，利用光阑、透镜组、反射镜组等，通过片光光路系统最终生成宽度约为0.3mm的片光，调整完成之后将激光在光穿过燃烧器之后的地方利用挡光板进行遮挡以降低激光带来的危险性；
37、步骤九：利用升降台将第一iccd相机和第二iccd相机控制在同一高度水平，将第一iccd相机与第二iccd相机的拍摄角度调整为同时满足沙姆定律和铰链定律，具体为：利用升降台对相机高度进行控制，使得两相机保持在同一高度水平上，相机拍摄角度由计算得到，需要满足沙姆定律和铰链定律；检查系统时序问题，时序的控制将直接决定能否精准寻找到lii信号；
38、步骤十：进行标定板的拍摄，获得标定信号，具体为：片光光路、第一iccd相机、第二iccd相机和燃烧器位置确定之后，首先进行标定板的拍摄，标定板放置位置需要确保两相机可以拍到整个标定板，后续处理过程需要两相机拍摄的标定板对信号分别进行处理，此步骤可以根据实际背景光强进行适当调整，标定板仅用来校正与真实物理尺寸标定工作，其信号对后续拍摄碳烟得到的信号处理不存在影响；
39、步骤十一：根据第一iccd相机和第二iccd相机摆放位置，在安装燃烧器的位置利用酒精灯或者煤油灯进行预实验，观察拍摄信号是否正常，正常则进行步骤十二，若拍摄信号不正常则检查片光光路或者第一iccd相机和第二iccd相机是否存在问题；
40、步骤十二：根据相机摆放位置安装燃烧器，将燃烧器火焰高度调整为与第一iccd相机和第二iccd相机拍摄高度一致，具体为：根据相机摆放位置安装燃烧器，将燃烧器火焰高度与相机拍摄高度保持一致，防止火焰高度太高或过低导致相机拍摄时无法得到火焰全貌；由于相机的摆放位置与角度可控性很大，因此本步骤不仅仅可以用于燃烧器火焰拍摄，还可以利用于其他燃烧环境比如：航空发动机燃烧室、燃烧室出口；柴油发动机燃烧室；汽油发动机燃烧室；混合动力发动机燃烧室；定容燃烧弹等；
41、步骤十三：利用第一iccd相机和第二iccd相机分别拍摄：有激光无火焰信号、无激光有火焰信号和无激光无火焰背景信号获得本底信号；
42、步骤十四：根据实际实验所设计工况进行实验，获取实验信号；
43、步骤十五：获得校准因子，具体为：
44、lii测量系统校准因子测量，根据双色法测量原理，首先需要使用一个已知色温和光谱辐射强度的标准黑体源对lii测量系统进行校准，得到探测系统校准因子η(λ)；
45、考虑单个碳烟粒子，其直径d=2rp小于激发激光的波长λ时，即符合瑞丽散射条件πd/λ<0.3时，那么当碳烟粒子温度为tp时，根据普朗克辐射定律单位体积内的碳烟粒子向4π角的总辐射功率为：
46、；
47、；
48、其中，e(m)为碳烟吸收函数，是碳烟复数折射率m=n-ik的函数，其中，n为实数，为某一固定的值，i为虚数单位，由于碳烟吸收函数在各文献中取值不同，有几种取法为：0.26-0.33，碳烟吸收函数大小取值会决定n的取值，本发明中取为0.3。c为光速，h为普朗克常数，k是玻尔兹曼常数；设激光片厚度为ωb，碳烟体积分数为fv，探测系统校准因子为η(λ)，实验信号可表示为：
49、；
50、依赖于波长的校准因子η(λ)表示测量信号与实际黑体辐射值的比值，表示lii测量系统在某一检测波长和某一已知温度下的灵敏程度，需要在测量之前得到；当lii测量系统确定时，可以认为η(λ)是一个不变的常数，一般使用已知亮度温度和辐射率的黑体辐射源来获取lii测量系统的校准因子，对于一个已知温度的辐射源（如黑体炉、标准钨带灯或标准火焰），单位立体角的辐射可表示为：
51、；
52、其中，tcal为标准辐射源的已知温度，ε(λ,t)为辐射源的发射率函数，设lii测量系统测得的辐射源光信号强度为ical，即可得到校准因子为：
53、；
54、步骤十六：基于标定信号对实验信号进行尺寸标定处理，获得标定后的信号，具体为：读取信号图像且将其灰度化，此过程通过matlab的函数imread、im2gray实现，读取之后将步骤十中提到的标定板校正处理方法应用于实验所得到的信号图像，此过程我们通过matlab的函数imwarp实现，可以将标定板校正变化直接高效地应用于信号图像，通过meshgrid函数可以实现对图像真实物理尺寸的重新标定；
55、步骤十七：从标定后的信号中去掉本底信号获得计算信号，具体为：将两相机得到的信号图像进行区域选取以及像素点缩放，目的是将两图片信号像素点能够实现一一对应从而减小数据计算的误差，图像信号区域减去步骤十三中获取的本底信号，得到信号iexp1和iexp2；
56、步骤十八：输入计算参数，其中参数包括：碳烟吸收函数、光速、普朗克常数、玻尔兹曼常数、激光片厚度和滤波片参数；
57、步骤十九：基于计算参数和计算信号，计算获得碳烟体积分数和碳烟颗粒温度，计算方式为：
58、；
59、。
60、其中，η(λ)为lii测量系统的校准因子，下标表示两台分别装载不同滤波片的iccd相机所对应的校准因子，e(m(λ))为某一波长下的碳烟吸收函数，此处下标表示测量过程中利用测量波长分别为450nm、600nm时的碳烟吸收函数，iexp为实验所获取的实际信号，λ为测量波长，iexp1和iexp2分别为第一iccd相机和第二iccd相机采用不同滤波片采集获得的拍摄图像信号，分别对应装载450nm、600nm滤波片裁剪获得的拍摄图像信号。在实际计算碳烟的体积分数与碳烟颗粒的温度时，实验信号用iexp1时，则λ取对应的测量波长450nm、同理实验信号用iexp2时，则λ取对应的测量波长600nm。
61、本发明基于lii技术的原理，结合基于沙姆定律和铰链定律的斜拍方式，实现图片校正的碳烟测量方法与现有的技术比较具有优势的效果如下：
62、（1）、本发明利用两台装载不同滤波片的iccd相机进行拍摄，当两台iccd相机同时拍摄时能够分别获取片光穿过火焰区域的所形成的二维截面的lii信号，两台相机分辨率通常为1024*1024，且相机的拍摄角度与高度能够保证拍摄整个火焰全貌，从而获取二维截面内个点的信号。另外利用控制iccd相机的软件能够调节相机拍摄门宽与拍摄延迟时间以避免其余杂散信号对拍摄图像造成影响，从而能够提高对lii信号的拍摄精度，且能够控制iccd相机拍摄帧数与时间从而实现精准实时测量二维平面内各点的lii信号。较利用消光法（lem）和双色法（tc）测量更加高效且可以实时测量每一点的碳烟颗粒信号而不是一个光程内的碳烟信息的平均值。较利用双像器进行拍摄的得到的lii信号图像更加准确。
63、(2)、本发明在片光光路的设计上简单，相机的位置可以随着激光光束位置改变而改变，可控性较大。且利用1064nm不可见光可以提高减少其他荧光等信号对拍摄信号造成干扰。
64、(3)、本发明利用基于沙姆定律和铰链定律的斜拍方式。以往由于燃烧环境的限制导致拍摄方式以及拍摄位置受到了很大的干扰，利用斜拍方式可以将lii测试方法的应用广泛性得到很大的提升。尤其对于复杂工程台架下的使用、飞机发动机、航空推进燃烧实验、汽车发动机、空间站燃烧实验等燃烧空间有限且较特殊的环境中拍摄角度受到了极大限制时，利用斜拍的方式可以很好地解决lii测试方法在这些环境中的困难。且根据沙姆定律和铰链定律我们可以轻松得到拍摄所需要的角度。
65、(4)、本发明由于片光光路设计、燃烧系统中所涉及到的设备等均在市面上可以购买到。因此实验条件容易实现，且高效利用镜组、流量计、滤波片可以在一定程度上降低成本。
66、(5)、本发明提出沙姆定律和铰链定律的斜拍方式与后续校正处理相结合，iccd相机拍摄焦面倾斜的情况下，获得更大的景深。斜拍方式可以实现lii技术在各种复杂工程台架、燃烧环境下的应用，同时景深的扩大有利于碳烟信息的拍摄。而后续校正处理可以保证在斜拍的方式下得到的信号经过校正可以在处理过程中不受影响，从而可以实现真实物理尺寸标定与选取区域进行碳烟颗粒温度、碳烟体积分数计算。校正处理与斜拍方式结合不仅仅可以实现提高lii技术在碳烟测量方面应用的广泛性，同时也可以保证数据处理的准确度。
67、(6)、本发明还可以通过改变相机拍摄延迟时间来拍摄lii信号，可以改变相机延迟时间来模拟碳烟颗粒的发光寿命，做到时间分辨本领上的测量，通过后续处理得到lii信号强度随相机拍摄延迟时间的变化。
68、(7)、本发明通过改变相机门宽可以提高收集信号的精准度，相机拍摄门宽的大小可以通过相机软件进行调整。由于滤波片本身存在带宽，将相机拍摄门宽降低可以避免相机进行拍摄时收集到其他光强信号从而干扰正常信号的拍摄。
69、(8)、本发明从操作方法以及步骤上来看比较简单，较容易入手。本发明简单来说就是结合整个测量系统的五个部分：激光器系统、片光光路系统、燃烧系统、沙姆成像系统、数据处理系统。其中激光器系统是确定的，但可以根据实际实验需求对激光器参数如能量大小等进行修改。燃烧系统在测量场所确定之后也会确定，但片光光路设计可以根据具体实验所测燃烧环境改变，若燃烧系统为层流燃烧器燃烧系统，则在后续实验中燃烧器位置可以根据具体实验需求进行改变，若燃烧系统为内燃机等受限的空间位置则结合沙姆成像系统调整相机拍摄角度。沙姆成像系统与燃烧系统需要结合考虑，通过铰链定律与沙姆定律确定拍摄角度。本发明使lii测量技术适用于复杂工程台架、燃烧环境。通过改变激光器能量；相机参数；流量计改变通入燃烧器中燃料、助燃气体的输入速率改变燃料当量比（发动机同样可以改变燃料、助燃气体等改变燃料当量比）；从而在如上不同条件下获取不同的lii信号图像。
1.一种复杂燃烧场碳烟浓度测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：
2.根据权利要求1所述的一种复杂燃烧场碳烟浓度测量系统，其特征在于，所述燃烧系统包括：流量控制器、可燃气体气瓶、氧化剂气瓶和燃烧器；流量控制器用于控制可燃气体气瓶和氧化剂气瓶的流量，所述燃烧器用于提供燃烧场生成碳烟生成。
3.根据权利要求1所述的一种复杂燃烧场碳烟浓度测量系统，其特征在于，所述时序控制系统包括：光电探头、示波器和数字发生器，所述光电探头用于放置在片光光路中收集散射光信号作为示波器上的激光脉冲信号；所述示波器触发连接第一iccd相机、第二iccd相机和光电探头，用于同时监测激光信号以及第一iccd相机和第二iccd相机拍摄的时序；所述数字发生器用于触发纳秒激光光源中的激光器、q开关、第一iccd相机和第二iccd相机。
4.根据权利要求1所述的一种复杂燃烧场碳烟浓度测量系统，其特征在于，所述片光光路包括反射镜、透射镜、光阑和柱面镜组。
5.根据权利要求1所述的一种复杂燃烧场碳烟浓度测量系统，其特征在于，所述沙姆成像系统还包沙姆镜头、滤波片和升降台，第一iccd相机和第二iccd相机上安装有沙姆镜头和滤波片，所述升降台用于调整第一iccd相机和第二iccd相机的位置。
6.根据权利要求1所述的一种复杂燃烧场碳烟浓度测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括用于对激光进行遮挡的挡光板。
7.根据权利要求1所述的一种复杂燃烧场碳烟浓度测量系统，其特征在于，数据处理系统具体用于：
8.根据权利要求1所述的一种复杂燃烧场碳烟浓度测量系统，其特征在于，碳烟信息测量结果包括：碳烟体积分数和碳烟颗粒温度，碳烟体积分数和碳烟颗粒温度的计算方式为：
9.一种权利要求1-8中任意一项所述的一种复杂燃烧场碳烟浓度测量系统的使用方法，其特征在于，所述方法包括：
