[發明專利]一種基于四角度激光吸收光譜的二維溫度分布重建方法

有效

• 申請號: 201810237515.1
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108627272B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 徐立軍;曹章;冉辰浩;張宏宇;邱爽
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于四角度激光吸收光譜的二維溫度分布重建方法，該方法包含以下步驟：在被測溫度區域布置四個角度的平行光路，將被測溫度區域劃分為N×N的網格點，溫度值離散化包含M個元素的集合{T₁,T₂,…,T_M}，通過多光譜吸收數據獲得每條光路上溫度值為T_m的網格點的個數，稱為這條光路的溫度直方圖；通過直方圖求交集獲得每個溫度值的可能取值，稱為概率矩陣，若取值唯一，則可確定該點溫度值，之后更新直方圖并重新求取概率矩陣，從而逐步得到溫度分布的初始重建結果；建立溫度值與直方圖信息之間的線性方程組，將初始結果代入迭代求解算法，解算得到最終溫度分布。本發明的優點在于在測量角度受限的情況下，利用多光譜數據實現非均勻溫度場的分布重建，該方法可以在保證重建質量的同時，有效降低計算的復雜度，簡單易用，具有廣泛的應用前景。

【技術領域】

本發明涉及將激光吸收光譜應用于二維溫度分布重建領域，特別涉及一種利用四角度平行光束直方圖信息進行二維溫度分布重建的方法。

【背景技術】

二維溫度分布的動態測量在工業和科學等領域有非常重要的意義。目前已有多種非侵入式測量方式，包括電學層析成像、超聲成像、紅外熱成像、激光誘導熒光成像、背景紋影成像、可調諧二極管激光吸收光譜等。電學層析成像通過測量范圍內的介電常數，定性地反映被測區域內的溫度分布，例如2016年Yusuke Hirose等發表于《測量科學和技術》(Measurement Science and Technology)27卷1期，題為《基于電容層析成像的非侵入實時塑料顆粒冷卻過程二維溫度分布成像》(Noninvasive real-time 2D imaging oftemperature distribution during the plastic pellet cooling process by usingelectrical capacitance tomography)中，通過測量區域內的介電常數分布，并通過標定將介電常數對應到溫度值，以此反映塑料顆粒冷卻過程中的溫度變化；超聲層析成像通過測量超聲波的傳播速度來測量溫度值，但存在時間分辨率低的問題，例如2016年Sha Liu等發表于《測量》(Measurement)94卷第671-679頁，題為《基于超聲層析成像的溫度分布測量方法》(Ultrasonic tomography based temperature distribution measurementmethod)中，超聲波傳感器同時作為超聲波發生器和探測器，通過測量超聲波的傳播時間推算其傳播速度，進而通過層析成像算法計算溫度分布；紅外熱成像通常利用物體的輻射測量溫度物體的表面溫度，例如2016年Abdil Kus等發表在《傳感器》(Sensors)15卷1期，第1274-1291頁，題為《基于熱電偶和紅外傳感器的金屬切割中的溫度分布測量》(Thermocouple and infrared sensor-based measurement of temperaturedistribution in metal cutting)中，結合熱電偶與紅外傳感技術，對刀-屑界面溫度進行測量；激光誘導熒光利用特定分子受激發出的熒光來探測溫度，但只能對穩態火焰進行測量，例如2015年Omid M.Feroughi等人發表在《應用物理B》(Applied Physics B)120卷，第429-440頁，題為《氣相溫度波動對時間平均多線NO-LIF溫度測量的影響》(Effect offluctuations on time-averaged multi-line NO-LIF thermometry measurements ofthe gas-phase temperature)中，使用NO作為示蹤劑，采用多線法測量穩態火焰，并評估了火焰波動對溫度測量產生的影響；背景紋影技術通過測量光線穿過測量流場時因為折射率變化而發生的偏折來測量流暢內的折射率，從而重建出溫度分布，其能以mK的精度測量溫度分布，但時間分辨率低，例如2012年S Tokgoz1等人發表在《測量科學和技術》(Measurement Science and technology)23卷11期，第566-574頁，題為《基于背景紋影和粒子圖像測速技術的流體層溫度和速度測量》(Temperature and velocity measurementsin a fluid layer using background-oriented schlieren and PIV methods)中，結合背景紋影技術和粒子圖像測速技術實現流體溫度和流速的同時測量，達到2000×2000像素點、1024mK溫度變化范圍內的高精度測量，但信號采集頻率只有2Hz。