一种基于激光吸收光谱层析成像技术的气流二维速度分布测量方法技术

本发明专利技术提供一种基于激光吸收光谱层析成像技术的气流二维速度分布测量方法，分为以下步骤：1.获取多个不同角度的激光吸收光谱投影数据；2.将所述被测区域离散化并计算层析成像的灵敏度矩阵；3.根据激光吸收光谱多普勒频移原理及所述不同角度的激光吸收光谱投影数据建立方程组；4.求解所述非线性方程组获得速度分布。本发明专利技术提出的方法可以通过非接触的方式测量和重建气流的二维速度分布，适用性强、可靠性高，有非常广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光吸收光谱层析成像技术的气流二维速度分布测量方法
本专利技术涉及一种基于激光吸收光谱层析成像技术的气流二维速度分布测量方法，主要内容为利用激光吸收光谱层析成像技术对气流速度在二维平面上的分布进行测量和重建的方法，涉及激光吸收光谱测速技术、层析成像技术等领域。
技术介绍
激光吸收光谱测量技术是一种用于测量气体环境状态参数的重要技术，广泛应用于工业过程检测、燃烧检测、大气环境监测等各个领域。研究人员利用激光吸收光谱技术开展了单一路径上气体温度、组分浓度、气流速度等方面的研究。结合层析成像技术(亦称断层扫描成像技术)，研究人员还实现了对气体温度、组分浓度等参数二维分布的测量和重建，然而一直未有利用激光吸收光谱对气流速度分布进行测量和重建方面的报道，本专利技术则为利用激光吸收光谱对气流二维速度分布进行测量和重建提供了一种切实可行的方法。激光吸收光谱技术所依赖的基本物理原理是Beer-Lambert定律，该定律指出，频率为ν入射光强为Iin(ν)的激光经过一段长度为L的气体环境时，特定的气体分子会对光强产生吸收作用，使得出射光强发生衰减，其吸收率τ(ν)为：其中l是激光与物质相互作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光吸收光谱层析成像技术的气流二维速度分布测量方法：步骤1，获取多个不同角度的激光吸收光谱投影数据：选择气流当中一种已知气体分子的一条吸收谱线，利用与所述气体分子吸收谱线相对应且频率为ν的激光束，从不同的角度分别穿过所述气流流过的二维被测区域，所述气体分子与所述激光束相互作用产生了所述气体分子吸收谱线对应的激光吸收光谱投影数据，假设所述不同角度的激光束共有M条，并以标号m区别所述不同角度的激光束，将所述第m条激光束产生的投影数据记为τm(ν)；步骤2，将所述被测区域离散化并计算层析成像的灵敏度矩阵：根据层析成像的分辨率要求，将所述二维被测区域离散地划分为N个不同网格，并以标号n区分...

【技术特征摘要】
1.一种基于激光吸收光谱层析成像技术的气流二维速度分布测量方法：步骤1，获取多个不同角度的激光吸收光谱投影数据：选择气流当中一种已知气体分子的一条吸收谱线，利用与所述气体分子吸收谱线相对应且频率为ν的激光束，从不同的角度分别穿过所述气流流过的二维被测区域，所述气体分子与所述激光束相互作用产生了所述气体分子吸收谱线对应的激光吸收光谱投影数据，假设所述不同角度的激光束共有M条，并以标号m区别所述不同角度的激光束，将所述第m条激光束产生的投影数据记为τm(ν)；步骤2，将所述被测区域离散化并计算层析成像的灵敏度矩阵：根据层析成像的分辨率要求，将所述二维被测区域离散地划分为N个不同网格，并以标号n区分所述不同网格，根据所述不同角度激光束与所述网格的几何关系，可以计算所述第m条激光束穿过所述第n个网格的光程lmn，根据所述网格中所述气流的温度Tn、压力Pn、组分浓度Xn等状态参数并结合所述光程，可计算所述第m条激光束穿过所述第n个网格对应的灵敏度矩阵分量Amn，计算公式为：Amn＝lmn×Pn×Xn×S(Tn),(1)其中，S(T)是所述气体分子吸收谱线对应的线强度函数，将所述灵敏度矩阵分量按照标号m、n依次排列，可获得层析成像的灵敏度矩阵：A＝[Amn]M×N；(2)步骤3，根据激光吸收光谱多普勒频移原理及所述不同角度的激光吸收光谱投影数据建立方程组：在所述二维被测区域所在的平面上建立平面直角坐标系xOy，所述第m条激光束与所述平面直角坐标系x轴正方向的夹角为θm，则所述第m条激光束的方向向量可以表示为：nm＝(co...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐立军，曲前伟，曹章，常刘勇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11