用于高空间分辨率温度和物质浓度测量的面元划分和层析成像制造技术

一种吸收光谱法的方法，包括沿着穿过所关注的一定量气体的多于一个的视线路径，在多个波长处获取吸收数据。该方法进一步包括沿着多个视线路径标识多于一个的温度和气体物质浓度箱，以及创建温度和气体物质浓度的图。如此创建的图将具有来源于沿着多于一个视线路径标识的选定温度和气体物质浓度箱的至少二维信息。还公开了用于实现上面的方法的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
0001本专利技术涉及通过面元划分(binning)和层析成 <象 (tomography)，获取高空间分辨率的光镨气体温度和物质浓度测量 的方法和i殳备。
技术介绍
0002]吸收光谦法，包括可调的二极管激光器吸收光谱法 (TDLAS)，是用于测量气态混合物中的各种物质的浓度的技术。吸收 光i普法技术特别适用于实现非常低的探测极限。除物质浓度之外，还 可以利用吸收光语法来确定被观测的气体的某些物质的温度、压力、 速度和质量流量。上文所描述的方法还可以进一步包括通过比较沿着一个 视线路径标识的箱与沿着交叉的视线路径标识的箱，确定选定温度和 气体物质浓度的空间位置。温度和物质浓度的分布可以表达为对应于 至少两个视线路径的位置的解析函数。或者，温度和物质浓度的分布 可以表达为沿着至少两个视线路径的一系列离散的值。这里所说明的 一个实施例是执行吸收光谱法的方法，该方 法将层析成像与温度面元划分组合起来，以改善多维的空间温度和物 质浓度分辨率。此外，将层析成像与温度面元划分组合起来可以提供 某些必需的初始空间信息，以推导所确定的沿着任何特定的视线路径 的温度箱的顺序，而无需有关被探测的气体系统的先验假设。如此， 层析成像与温度面元划分的组合是共生的；面元划分技术可以用于提 高层析成像分辨率，并且层析成像提供了关于沿着每个视线路径测量 的温度和物质浓度的排序的初始空间信息。方程#2: 额外的定义<formula>formula see original document page 8</formula>A=综合吸收率，cm R=综合吸收率的比率如上文所描述的，温度面元划分在具有不同温度依赖关系 的多个跃迁上利用方程2中的关系，以确定关于沿着选定视线的不均 匀的温度分布的信息。这里所公开的方法规定，温度的分布和目标物 质的浓度可以通过位置的解析函数或者沿着给定视线路径的 一 系列 离散值来表达。在位置的解析函数的情况下，解析表达式的系数可以 通过上文所描述的面元划分技术和随后应用的层析成像来求解，以绘 制考虑中的区域的温度和物质浓度的图。在确定离散值的备选情况 下，通过常规TDLAS加温度分布和物质浓度的面元划分技术，来计算每个值。每个值都构成具有特定大小的温度和物质浓度箱。如此， 可以通过用层析成像数据补充面元划分信息，制作温度分布和物质浓 度图。0023附图说明图1概要地显示了使用位置的解析函数以面元划分和层 析成像实现的吸收光谱法的实例。值得注意的是，图l和随后的图不 对目前所说明的方法和设备的范围构成限制。所显示和描述的特定的 层析成像和面元划分布局是选定的代表性的实例，以全面地描述可以 用于实现所需的分辨率目标的面元划分和层析成像策略。这里所描述 的方法和设备可以利用任何层析成像图案来实现，包括任意数量或任 何布局的视线路径和任何能实现的数量的箱。当实现这里所描述的方 法时获得的最后的分辨率将只受在层析成像实现方式中所使用的路 径的数量和对应于可用于测量的吸收特征的波长的数量的限制。图2也是n乘m条正交路径的示意布局14，这些路径可以按任何尺寸的直线网格排列(加起来总共n+m个路径)。在图2中，温度和物质浓度用沿着每个路径的多个部分具有离散值的离散的箱16表示。假设每个温度和浓度值在某一长度L (箱的长度)上是常量。如果适当的话，不同箱可以具有相同的值和尺寸。最初，沿着给定的路径的箱的顺序是未知的。在使用常规TDLAS和面元划分技术求解出所有路径的所有离散值之后，可以使用来自相邻的或交叉的路径的观察到的箱信息推导箱顺序。随后，可以使用任何数学有效的内插手段，创建层析成像的图像。例如， 一个路径外点周围的路径上的加权平均值产生该点的值的合理估计。基于频i普吸收率的方法表l:离散值情况的代表性的方程<table>table see original document page 11</column></row><table><table>table see original document page 12</column></row><table>0032如果温度和物质浓度的分布可以表达为位置的解析函数,则可以确定的系数的最大数量等于可以求解的方程的数量。如果有正 在检查的特定量气体的某些方面的先验知识，则可以利用较少的方程 确定较多的系数。在某些情况下，如果先验信息可用，则可以将位置 的解析函数和一系列离散值结合起来实现面元划分。 —旦温度和物质浓度的分布^皮表达为 一 系列离散值(要么 最初，要么在对位置的解析函数进行求解之后)，就确定温度、物质 浓度和箱尺寸的组的列表。然而，可能需要知道正在检查中的特定量 气体的特性，以便沿着给定路径设置箱。然而， 一旦完成了沿着交叉 的或相邻的路径的面元划分，并考虑了先验条件，就可以使用数学计 算产生气体温度和浓度的层析成像表示法，以填充箱之间的空隙。下面的实例只用于说明用途，不对本专利技术的范围构成限制。实例1:实例l考虑了使用3个路径的圆柱对称燃烧区测量和水的 3条吸收线的测量，如图3-4所示。如此，在实例1中，在具有圆形13截面的燃烧区18上测量温度和水浓度。假设温度和水浓度分布是圆 形对称的。使用的对称性的最小单位是圆的八分之一。假设每个对称 的单位相对于相邻的对称单位表现出镜面对称。因此，可以只确定一 个单元中的温度和水浓度分布，并且基于前面的对称性的假设，对于 其他单元假设结果是相同的。如图3所示，在45度的圆弧内，以22.5 度的间隔，部署了三个视线激光器路径20、 22、 24。由于沿着每个路 径进行了三个波长的光语检查，可以沿着每个路径确定两个箱；假设 这两个箱是边界箱26和中心箱28。此外，根据上面所提及的基本假 设，对于所有三个路径，假设中心箱28具有相同的大小、温度和水 浓度。相应地，三个边界箱24(每个路径一个箱)各自都是相同大小。 额外假设完整的对称性，三个边界箱中的每个都可以相等地被分为两 个部分，例如，26(a，b), —个部分被置于给定路径的每个末端。Twaii[KPH20『atm515993420.132616413420.135716213420.134815253380.130915993430.1301016013450.128『00491表2:对于两个路径，假设Lp，/L-0.1的结果Ledse/L=0,l路径#Tmain [KTwaii[KPmoatml516卯3200.144617373200.148717153200.146816103160.141916卯3220.1411016943240.139如图17的示意图所示，在此公开的本专利技术的另一个方面 是适合于实现这里所描述的方法的用于吸收光镨法的设备170。用于 吸收光i普法的设备170包括用于沿着穿过所关注的一定量气体的大于 一个的视线路径172a-172n在多个波长上获取吸收数据的设备。吸收 光语法设备170可以包括在所关注的多个波长上产生光的多个可调二 极管激光器光源174a-174n。在以多个波长上产生的激光可以通过光 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吸收光谱法的方法，包括：　沿着穿过所关注的一定量气体的多于一个的视线路径，在多个波长处获取吸收数据；　沿着多个视线路径标识多于一个的温度和气体物质浓度箱；以及　创建温度和气体物质浓度的图，所述图具有来源于沿着多于一个视 线路径标识的选定温度和气体物质浓度箱的至少二维信息。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-5-24 60/940,0061.一种吸收光谱法的方法，包括沿着穿过所关注的一定量气体的多于一个的视线路径，在多个波长处获取吸收数据；沿着多个视线路径标识多于一个的温度和气体物质浓度箱；以及创建温度和气体物质浓度的图，所述图具有来源于沿着多于一个视线路径标识的选定温度和气体物质浓度箱的至少二维信息。2. 根据权利要求l所述的吸收光镨法的方法，进一步包括通过 比较沿着一个视线路径标识的箱与沿着交叉的视线路径标识的箱，确 定选定温度和气体物质浓度箱的空间位置。3. 根据权利要求l所述的吸收光谱法的方法，其中，温度和物 质浓度的分布被表示为对应于至少两个视线路径中的每个的位置的 解析函数。4. 根据权利要求l所述的吸收光i瞽法的方法，其中，温度和物 质浓度的分布被表示为沿着至少两个视线路径的一 系列离...

【专利技术属性】
技术研发人员：H霍夫范德，AD萨比伊，J豪厄尔，赵青春，
申请(专利权)人：佐勒技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]