[实用新型]基于激光吸收光谱技术的高温测量及温度场重建的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种工业中高温测量技术领域，有关将可调谐半导体激光吸收光谱技术与计算机断层扫描成像技术相结合来实现对温度场重建的一种装置。 

背景技术

随着国家对于环境保护的日趋重视，以及出于保证工业生产安全高效进行的需要，气体温度的实时准确测量对于安全生产、提高燃烧效率、降低污染物、系统优化等方面都具有着重要的作用。目前温度测量方法主要分为接触式测温方法和非接触式测温方法。接触式测温方法是把测量温度用的传感器置于被测介质中，使两者直接接触，进行热交换。根据热力学基本定律，当两者达到热平衡时，传感器所反映的温度就是被测介质的温度。常利用热电偶、热电阻等元件在温度变化时所引起的电势差的不同，从而得到温度测量信号。但是由于接触式的测量方式会对被测温度场产生扰动，并且温度计的测温范围有限，不能用于太高温度测量，最重要的是它在测量温度时灵敏度低，不能实现温度场的实时测量，并且对快速变化的温度信号进行跟踪时间响应慢，易于受到高温或腐蚀性气体介质的影响而减少使用寿命。非接触式测温方法不与被测介质接触的可以弥补接触式测温方法的不足。非接触测温方法中，目前使用最广泛的是光谱测温技术。基于分子吸收光谱的可调谐半导体激光吸收光谱技术是气体检测中常用的一种光学方法，是利用气体分子在一定波段的特征吸收光谱来反演其温度的一种光谱检测技术。该方法以其低检测限制、非接触式检测、高灵敏度等独特的优势成为被人们看好的一种实时光谱检测技术。光谱吸收技术对 于气体温度的测量具有极高的选择性和极快的响应速度，但是只能测出沿光线传播方向上的平均温度，无法获得整个待测温度区域的温度场分布。要确定整个温度场的温度分布就必须对已有的光谱测温技术进行改进。 

随着计算机的发展，计算机断层扫描成像技术引入到光谱测温中来确定温度场中各点的温度分布。目前最常用的两种图像重建算法是滤波反投影和迭代重建算法。滤波反投影的基本思想是：对某一投影角度下的投影数据与滤波函数进行卷积，得到修正的投影数据，然后再对此修正的投影数据作反投影重建出图像。该算法易于硬件实现，故得到广泛应用。但是该算法通常要求完全的投影数据，且应均匀分布，积分路径射线为直线。而实际中往往由于客观原因无法检测到完全的投影数据，因而该类算法在实际应用中会受到限制。迭代重建算法能弥补滤波反投影的重建算法的不足，但速度比较慢，不能用硬件来实现。但是随着计算机技术的发展，代数迭代算法的缺点已经降为次要矛盾，而提高该算法的重建质量已经越来越引起人们的重视。要使用计算机层析图像重建算法，必须以足够多的准确的投影数据为基础。而目前投影数据的获得大多是通过旋转来得到各个不同方向上的投影，但是系统复杂且较大，机架旋转速度较慢，很难满足快速扫描的要求。获得投影数据的另一种方法是采用位置固定的激光源和探测器的方法，但为了获得更多的投影数量提高图像质量就必须增加对应激光源和探测器，这将大大增加测量系统的成本，且受到测量系统的空间限制。 

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供一种稳定的基于可调谐半导体激光吸收光谱技术和计算机断层扫描技术相结合的测温装置，吸收光谱气体测量技术具有高光谱分辨率、高灵敏度、快速响应的优点，气体温度重建 采用波分复用技术在同一光路中同时扫描多条吸收谱线，从而增加了气体投影信息，大大减少了重建所需的光路数量，减少了投影测量设备又得到足够有效的光谱信息，提高温度重建的精确性。 

本实用新型的工作原理如下： 

当一束单色激光穿越待测气体介质时，其激光强度的变化遵循Beer-Lambert定律： 

-ln(I1/I0)=PSvi(T)φ(v)XL]]>