【技术实现步骤摘要】
一种基于分子光谱的高带宽流速诊断方法
[0001]本专利技术涉及光学诊断
，具体涉及一种基于分子光谱的高带宽流速诊断方法
。
技术介绍
[0002]为解决航空航天超高速流速测量的难题，研究气体流场速度测量技术具有重要意义
。
该技术为优化发动机
、
改进飞行器系统等方面研究贡献精确的关键数据
。
[0003]现有气体流速测量技术可以分为接触式和非接触式，接触式测量属于传统方法，包括气动探针
、
热线风速仪等方法
。
相较于接触式，非接触式方法具有不干扰待测场
、
时空分辨率更高
、
测速范围大等优点，因此在科学研究和工程应用中获得广泛使用
。
[0004]基于分子光谱的气体流速测量技术属于非接触式测量，基于分子光谱的气体流速测量技术是一种利用气体分子的吸收特性来测量气体流速的方法
。
该技术基于光的传播过程中气体分子对特定波长的光的吸收现象产生吸收光谱，通过吸收光谱的频
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种基于分子光谱的高带宽流速诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1
：设定激光控制器生成控制信号，用于控制激光机输出待测目标气体吸收线中心波长对应的单波长激光信号；
S2
：通过信号发生器产生调制信号，输入到电光调制器中，利用电光调制器以调制频率对所述单波长激光信号进行外部调制，使得所述光信号在中心波长两侧生成对称旁带波长，获得调制后的光信号；
S3
：通过搭建光路，调制后的光信号以一定角度入射进入气体流场，调制后的光信号与待测目标气体作用，发生能量吸收，射出气体流场的激光透射信号被光电探测器接收，光电探测器将光信号转换为时域电信号；
S4
：搭建高速频域变换模型，所述高速频域变换模型用于将所述时域电信号转变为频域电信号；
S5
：建立主带频移数据库和旁带波长数据库；通过所述频域电信号提取旁带波长，存入旁带波长数据库；根据旁带波长数据库中，主带左右两旁带的强度差异，计算出激光中心波长追踪锁定至待测气体吸收峰处所需的误差信号；根据所述误差信号，采用锁频反馈控制器，实时控制驱动电流信号，返回
S1
，使得激光控制器在该驱动电流信号作用下稳定追踪激光中心波长至气体吸收峰处；通过所述频域电信号提取主带中心波长，然后和待测目标气体吸收线中心波长作差，以其绝对值作为主带频移，存入主带频移数据库；根据主带频移数据库中的中心波长频移量，连续计算气体流场速度
。2.
如权利要求1所述的一种基于分子光谱的高带宽流速诊断方法，其特征在于，所述
S2
中，通过信号发生器产生调制信号，其中信号发生器所产生的调频信号频率为
GHz
以上
。3.
如权利要求1所述的一种基于分子光谱的高带宽流速诊断方法，其特征在于，所述
S4
中，搭建高速频域变换模型，其转换速度为纳秒级以上
。4.
如权利要求1所述的一种基于分子光谱的高带宽流速诊断方法，其特征在于，所述
S4
中，搭建高速频域变换模型，具体为：卷积神经网络模型
CNN
，其中输入层
、
输出层
、
两个卷积层和池化层的组合层
、
以及全连接层，每一层的输出都添加
Relu
激活函数以引入非线性因素来拟合输入和输出的非线性映射关系；所述输入层接收的输入为所述时域电信号，输入层的特征数由所述时域电信号的数据点数确定；所述输出层的输出为所述频域电信号，输出层的特征数根据频域电信号的数据点数确定；所述卷积神经网络模型
CNN
采用
ADAM
算法和反向传播算法结合来更新神经网络的权重，通过计算损失函数的梯度方向，沿着梯度方向调整权重，使得模型预测结果与真实结果之间的相差绝对值变小；其中选用
MSE
函数为损失函数
。5.
如权利要求1所述的一种基于分子光谱的高带宽流速诊断方法，其特征在于，所述根据旁带波长数据库中，主带左右两旁带的强度差异，计算出激光中心波长追踪锁定至待测气体吸收峰处所需的误差信号，具体为：以旁带波长数据库中主带左右两旁带峰值差值作为误差信号，误差信号公式表示为：
e0(
ω
)
＝
...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵建锟，王成，王若星，孙稼琛，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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