基于激光吸收光谱技术的在线层析成像算法

传统的免标定波长调制光谱方法一般需要结合光谱数据库和激光调制参数进行复杂的吸收光谱模拟,对先验光谱参数的准确度和硬件参数提出了很高的要求,同时不合适的初值会增加计算时间,甚至会导致陷入局部最优解.为提高计算效率,本文引入一种快速免标定波长调制光谱技术获取积分吸光度.该方法对光谱数据库的依赖性低,计算效率高,同时解决了传统方法在高温高压下由于吸收谱线展宽变大而导致的谐波信号不完整问题.进一步将该方法应用于非均匀复杂燃烧场层析成像,并结合所提成像系统实现了快速在线重建温度、浓度分布.通过数值模拟和丁烷喷灯燃烧火焰的实验验证该方法获得积分吸光度的准确性和计算效率.结果表明,与传统的波长调制方法相比重建分布基本一致,最大测量相对偏差仅为0.94％,与热电偶测量值相比最大相对偏差为3.5％,验证了该方法的准确性.在重建精度相当的前提下,分析两种方法获得积分吸光度的计算效率.所引方法和传统方法平均每路计算时间分别为0.15 s和21.10 s.所引方法的计算效率比传统方法至少提高了 2个数量级,为实现在线重建燃烧场的温度、浓度分布提供了快速可靠的研究方法和技术手段.