2021
DOI: 10.1364/ao.425183
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Integral absorbance measurement for a non-uniform flow field using wavelength modulation absorption spectroscopy

Abstract: Combined with computed tomography (CT), the laser absorption spectroscopy technique is used to measure the two-dimensional distribution information of the flow field. The CT method needs an “integral parameter” as a known quantity. The integrated absorbance satisfies the criterion in the laser absorption spectral measurement. The direct absorption spectroscopy method directly measures the integrated absorbance. However, fitting the absorbance curve is difficult due to the distorted baseline in harsh environmen… Show more

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“…赵荣 1) 周宾 1) † 刘奇 1) 戴明露 1) 汪步斌 1) 王一红 1) 2) 第一作者.E-mail: zhaorong@seu.edu.cn 1 引 言 可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术具有高灵敏度、非入侵、高测量 精度和工业普适性等优点,可实现对燃烧场和推进流场温度、组分浓度的实时测 量 [1,2] 。为了准确获得非均匀分布流场温度和浓度的空间分布,将 TDLAS 技术与 计算机层析成像(CT)技术相结合,即激光吸收光谱层析成像(LAST)技术 [3][4][5][6][7][8][9] 。LAST 对于研究燃烧过程和火焰结构等诊断工具具有十分重要的意义,是 流场 测量的理想方法之一。LAST 基本原理是将感兴趣区域(ROI)离散为一定数量 的网格,假设其物理参数不变,然后通过测量到的投影数据,建立参数方程求解 逆问题,从而获得网格中的参数 [10][11][12] 。在经典的吸收层析成像测量中,积分吸光 度(投影数据)是长度、浓度和压力的线性函数,这满足了重建算法的条件。因 此,准确的积分吸光度测量结果是 LAST 重建的一个重要因素 [13] 。 LAST 重建通常采用直接吸收光谱法(DAS)和波长调制光谱(WMS)两种 方案获得积分吸光度 [14] 。DAS 获得积分吸光度的一个关键步骤是确定基线,从透 射强度中计算出入射强度。然而,在恶劣的环境中,入射激光强度受振动和窗口 污损而发生变化,这在计算积分吸光度时引入了误差,进而这些误差被引入到层 析成像的重建中。即使对重建算法和模型进行优化,也很难消除积分吸光度中的 误差。相反 WMS 可以达到非常高的灵敏度,对背景噪声有很强的鲁棒性,被广 泛应用在恶劣的环境中。Rieker 等人 [15,9] 开发了一种免标定的 WMS 方法,并采用 一次谐波对二次谐波进行归一化(WMS-2f/1f)的方式消除光强波动的影响。Sun 等人 [16]…”
Section: 基于激光吸收光谱技术的在线层析成像算法研究unclassified
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“…赵荣 1) 周宾 1) † 刘奇 1) 戴明露 1) 汪步斌 1) 王一红 1) 2) 第一作者.E-mail: zhaorong@seu.edu.cn 1 引 言 可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术具有高灵敏度、非入侵、高测量 精度和工业普适性等优点,可实现对燃烧场和推进流场温度、组分浓度的实时测 量 [1,2] 。为了准确获得非均匀分布流场温度和浓度的空间分布,将 TDLAS 技术与 计算机层析成像(CT)技术相结合,即激光吸收光谱层析成像(LAST)技术 [3][4][5][6][7][8][9] 。LAST 对于研究燃烧过程和火焰结构等诊断工具具有十分重要的意义,是 流场 测量的理想方法之一。LAST 基本原理是将感兴趣区域(ROI)离散为一定数量 的网格,假设其物理参数不变,然后通过测量到的投影数据,建立参数方程求解 逆问题,从而获得网格中的参数 [10][11][12] 。在经典的吸收层析成像测量中,积分吸光 度(投影数据)是长度、浓度和压力的线性函数,这满足了重建算法的条件。因 此,准确的积分吸光度测量结果是 LAST 重建的一个重要因素 [13] 。 LAST 重建通常采用直接吸收光谱法(DAS)和波长调制光谱(WMS)两种 方案获得积分吸光度 [14] 。DAS 获得积分吸光度的一个关键步骤是确定基线,从透 射强度中计算出入射强度。然而,在恶劣的环境中,入射激光强度受振动和窗口 污损而发生变化,这在计算积分吸光度时引入了误差,进而这些误差被引入到层 析成像的重建中。即使对重建算法和模型进行优化,也很难消除积分吸光度中的 误差。相反 WMS 可以达到非常高的灵敏度,对背景噪声有很强的鲁棒性,被广 泛应用在恶劣的环境中。Rieker 等人 [15,9] 开发了一种免标定的 WMS 方法,并采用 一次谐波对二次谐波进行归一化(WMS-2f/1f)的方式消除光强波动的影响。Sun 等人 [16]…”
Section: 基于激光吸收光谱技术的在线层析成像算法研究unclassified
“…式中局部积分吸光度 u 可以通过迭代算法求解逆问题来获得。由于代数迭代重建 算法(ART)收敛速度较慢,且松弛因子 μ 一般为常数,不能反映当前网格信息, 本 文采用修正 ART(MAART)算法 [22,13] ,将吸收强度引入到迭代关系中,对松弛因…”
Section: 基于激光吸收光谱技术的在线层析成像算法研究unclassified
“…Laser spectroscopy can provide high precision concentration detection of trace gas with fast response, large range and high resolution among different coexisting species. The most common approaches are based on infrared absorption technologies, such as non-dispersive infrared absorption (NDIR) [4,5], cavity ring-down spectroscopy (CRDS) [6], cavity-enhanced absorption spectroscopy(CEAS) [7].…”
Section: Introductionmentioning
confidence: 99%
“…With the development of laser technology, a series of novel high-sensitivity spectroscopy techniques have been proposed. Spectroscopies based on photoacoustic [1,2], intracavity absorption [3,4] and wavelength modulation [5,6], etc., have been progressing based on laser technology. Cavity-enhanced absorption spectroscopy (CEAS) arose in the 1990s [7], and in recent years it has been developing rapidly and has become an important part of laser spectroscopy.…”
Section: Introductionmentioning
confidence: 99%