哈尔滨工业大学齐宏获国家专利权
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龙图腾网获悉哈尔滨工业大学申请的专利结合激光吸收光谱的背景导向纹影温度场重建方法及装置获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118960985B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-09发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411016018.0,技术领域涉及:G01K11/00;该发明授权结合激光吸收光谱的背景导向纹影温度场重建方法及装置是由齐宏;李智豪;任亚涛;何明键;高包海设计研发完成,并于2024-07-27向国家知识产权局提交的专利申请。
本结合激光吸收光谱的背景导向纹影温度场重建方法及装置在说明书摘要公布了:本发明涉及一种结合激光吸收光谱的背景导向纹影温度场重建方法及装置,该方法包括如下步骤:步骤一、搭建背景导向纹影层析的测量装置,完成激光准直器对准;步骤二、采用函数信号发生器生成kHz锯齿波信号,调谐激光器输出波长范围,使输出波长反复扫描火焰中各气体组分的吸收谱线;步骤三、采用多相机采集一组测量区域内温度与密度均匀分布时的纹影图像,并同步采集该测量区域内待测温度与密度为非均匀分布时的纹影图像;步骤四、通过分时机构移动背景图案板;步骤五、采集多波长激光扫描信号;步骤六、根据激光光强进行Voigt线型拟合;步骤七、进行反演运算,得到测量区域的三维温度场。该方法可获得分辨率更高的三维温度场分布。
本发明授权结合激光吸收光谱的背景导向纹影温度场重建方法及装置在权利要求书中公布了:1.一种结合激光吸收光谱的背景导向纹影温度场重建方法,其特征在于,包括如下步骤: 步骤一、搭建背景导向纹影层析的测量装置,对测量区域位置进行标定,完成激光准直器对准; 步骤二、采用函数信号发生器生成kHz锯齿波信号,采用函数信号发生器调谐激光器输出波长范围,使输出波长反复扫描火焰中各气体组分的吸收谱线; 步骤三、采用多相机采集一组测量区域内温度与密度均匀分布时的纹影图像,并同步采集该测量区域内待测温度与密度为非均匀分布时的纹影图像; 步骤四、通过分时机构移动背景图案板; 步骤五、使用光纤耦合探测器与数据采集模块采集多波长激光扫描信号; 步骤六、根据未经吸收的激光光强与光纤耦合探测器测量的激光光强进行Voigt线型拟合; 步骤七、由计算机对背景导向纹影层析的重建方程进行反演运算,得到测量区域的三维温度场; 背景导向纹影层析的重建方程为: 式中,Iu,Iv与It分别表示图像特征点亮度在u方向,v方向与时间方向的梯度构成的向量,nv表示布置相机的视角数量,分别表示每个视角对应的图像坐标系的坐标轴方向向量,M条采样光线在N个体素中的穿行距离构成层析投影矩阵S∈RM×N,R为实数集,Dx,Dy,Dz分别表示x,y,z方向的有限差分矩阵; 将上式整理成线性方程组并通过重建算法求解折射率场; 通过在具有不同温度依赖性的两个跃迁波长ν1和ν2处测量的激光衰减,利用重建算法计算获得测量区域所划分网格的积分吸收系数;假设每个网格具有相同的压力、相同的摩尔分数和相同的激光光束路径长度,将积分吸收系数的比率近似为线强度的比率,计算得到温度: 式中,h是普朗克常数,c是光速,k是玻尔兹曼常数,T0是参考温度,αυ1,αυ2是跃迁波长υ1和υ2处的积分吸收系数,E″νi是跃迁的较低态能,Sνi是中心频率为νi的跃迁的线强度,i=1,2; 计算气体浓度为: 式中,P表示压强,αυi是积分吸收系数; 空间折射率场的变化由温度和组分的变化引起,密度ρ与折射率n的关系可用Gladstone‑Dale方程表示为n‑1=ρG 4式中,G是Gladstone‑Dale常数,它是气体组分和波长的函数,由气体不同组分的摩尔分数和摩尔质量计算得到; 在重建折射率场的基础上,折射率通过Gladstone–Dale方程转换为密度: 式中,Gi为混合气体某种组分的Gladstone–Dale常数,Xi为混合气体某种组分的摩尔分数,Mi为混合气体某种组分的摩尔质量; 混合气体密度分布可结合理想气体状态方程得到温度分布: 式中,R为通用气体常数,P为压强。
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