[发明专利]一种基于多条吸收谱线测量宽范围温度二维分布的方法

说明书

本发明属于燃烧场二维重建技术领域，具体涉及一种基于多条吸收谱线测量宽范围温度二维分布的方法。本发明的一种基于多条吸收谱线测量宽范围温度二维分布的方法，包括以下步骤：S1：流场建模；S2：吸收谱线积分吸光度替代；S3：利用多条吸收谱线组合求解温度的二维分布。本发明提供的基于多条吸收谱线测量宽范围温度二维分布的方法，可以解决现有多光谱重建中存在的由于选取的光谱类型和数量不合适导致的重建精度低的技术问题，提高了宽范围温度和组分浓度的二维测量精度。

技术领域

本发明涉及燃烧场二维重建技术领域，特别是一种基于多条吸收谱线测量宽范围温度二维分布的方法。

背景技术

在吸收光谱测量温度时，一般需要2条吸收谱线即可以测量出沿着光路上的温度和组分浓度的平均值；通过在同一平面内增加不同角度的投影光线，利用重建算法即可以得到温度和组分的二维分布。

当被测区域的温度范围变化较大时，如在桌面测量中，测量区域往往涵盖常温区域和燃烧的高温区域(温度大于1000K)，采用两条吸收谱线进行温度场二维重建时，往往会遇到以下情况：当高温区域范围占比不大时，若采用低温谱线对(由两条能级低的谱线构成)测量温度时，由于能级低的谱线在高温区域，吸收谱线强度变化量小灵敏度度降低，会导致高温区域测量不准。若采用高温谱线对(由一条能级低的谱线和一条能级高的谱线构成)测量时，由于能级高的谱线在低温区域吸收谱线强度弱，测量信噪比低，很难测到信号，导致投影光线数目减少，影响被测区域的重建结果甚至难以实现对被测区域的温度和组分浓度的二维分布测量。

目前，基于多条吸收谱线测量已经有部分研究，但是存在各种问题：

1.Ma等人(Ma,et al,Applied Optics,2008,47(21)3751-3759)提出了基于多条谱线的超光谱测量流场二维分布的测量方法，此方法是利用优化算法求解非线性方程，计算量大，重建时间较长；

2、宋俊玲等人(宋俊玲等，红外与激光工程，2019，48(3)0306004)提出了一种光谱组合优化方法，但只是简单的将3条吸收谱线进行组合、人为划分重建区域组合重建结果，无法根据实际情况或者数据结果进行区分温度的低温和高温区域。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于解决现有技术中下态能级高的高温谱线信噪比在测量低温区信噪低、低温谱线测量高温区误差大、只采用两条吸收谱线无法准确测量宽温度范围被测流场温度和组分浓度分布的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于多条吸收谱线测量宽范围温度二维分布的方法，包括以下步骤：

S1：流场建模；

S2：吸收谱线积分吸光度替代；

S3：利用多条吸收谱线组合求解温度的二维分布。

其中，步骤S1包括:

S11：仿真一个与实际被测区域相同温度和组分浓度的二维分布流场；

S12：确定光线分布方式；

S13：选取需要测量的特征分子的多条吸收谱线，且下态能级涵盖低能级和高能级；

S14：计算每条吸收谱线对应每条光线的积分吸光度。

其中，步骤S2包括:

S21：找到下态能级高的吸收谱线对应的积分吸光度小于设定阈值对应的光线M；

S22：利用低温谱线对求解光线M对应的平均温度和组分浓度；

S23：利用求解的平均温度和组分浓度，求解光线M对应高温谱线的平均积分吸光度A3_avg；

S24：将光线M对应的高温谱线的仿真积分吸光度A3_sim与平均积分吸光度A3_avg进行曲线拟合；