本文選題：可調(diào)諧二極管吸收光譜　切入點：聯(lián)合代數(shù)迭代算法　出處：《東南大學》2016年碩士論文

【摘要】：可調(diào)諧半導體二極管吸收光譜技術(shù)(TDLAS)具有響應速度快、環(huán)境適應性強、測量范圍廣、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式測量等優(yōu)點,適合燃燒等高溫環(huán)境氣體參數(shù)的測量。一般其測量值具有路徑積分的特點,測量結(jié)果為路徑的平均值。然而在燃燒過程中由于氣流擾動、可燃物的不均勻分布等原因,待測區(qū)域內(nèi)氣體參數(shù)通常呈非均勻分布,路徑的平均值不能準確的反映燃燒狀況。為獲得燃燒中氣體參數(shù)的空間分布信息,需開發(fā)有效的二維診斷技術(shù)。論文以燃燒產(chǎn)物中常見的水蒸氣作為測量對象,開展了基于吸收光譜技術(shù)的溫度場與濃度場的測量研究。主要工作與創(chuàng)新點有：搭建了一維溫度、濃度均勻分布的測量系統(tǒng),通過仿真與實驗,驗證了部分點單峰擬合方法測溫的準確性。最新的HITRAN2012光譜數(shù)據(jù)庫在0～25711cm-1范圍內(nèi)提供了224515條H2O吸收譜線。譜線較多,從中很難選取完全孤立且滿足測量需求的譜線對。當存在臨近吸收峰的干擾時,多峰擬合法可獲得準確的測量信息。然而該方法擬合時,自由變量較多,擬合準確性較低。采用部分點單峰擬合法可有效的提高擬合準確性。為驗證該方法測量結(jié)果的準確性,選取了7185.59cm-1與7444.36cm-1兩條吸收譜線作為研究對象,對不同溫度下的吸光度曲線進行擬合計算,并將計算結(jié)果與設(shè)定值比較。研究結(jié)果表明：利用上述擬合方案,能夠有效的提高計算速度。且該方法計算得到的溫度與設(shè)定值基本吻合。為驗證該方法用于實際溫度測量時的準確性,搭建了高溫管式爐測量系統(tǒng),并設(shè)定不同的溫度進行測量比較。實驗結(jié)果表明,測量結(jié)果與設(shè)定值吻合較好,溫度與濃度測量誤差均小于3%。改進了基于雙譜線重建二維非均勻場的重建算法,并將其用于實際火焰的測量。設(shè)計了用于直聯(lián)式航空發(fā)動機的多光路層析成像測量系統(tǒng),并通過現(xiàn)場實驗驗證了測量系統(tǒng)的可靠性和準確性。聯(lián)合代數(shù)迭代算法(SART)在迭代過程中考慮了同一角度下經(jīng)過同一網(wǎng)格的所有光路測量值的影響,具有一定的抗噪聲能力。基于該算法并結(jié)合實際的物理吸收過程,在迭代過程中加入了非負性限制以及平滑機制,進一步完善了重建算法。為驗證改進后算法的有效性,設(shè)定了兩種溫度、濃度分布模型用于重建計算。并將重建結(jié)果分別與ART算法和傳統(tǒng)SART算法進行比較。結(jié)果表明：改進后SART算法重建精度優(yōu)于其他兩種算法且抗噪聲能力有了進一步的提高。將該算法用于平面火焰爐的測量,通過8個角度,每個角度38個位置的投影測量值重建了38×38網(wǎng)格下火焰的溫度場與濃度場,重建的溫度分布與熱電偶測量結(jié)果吻合較好。在此基礎(chǔ)上,針對直聯(lián)式航空發(fā)動機燃燒室出口燃氣的測量,設(shè)計了多光路測量系統(tǒng),并在發(fā)動機上對該測量系統(tǒng)進行測試。實驗中通過改變?nèi)剂系挠蜌獗?對五種不同的燃燒狀態(tài)下的溫度與水蒸氣濃度場進行測量。重建結(jié)果能夠準確反映峰位置和波動,驗證了測量系統(tǒng)的可靠性和準確性。提出了半線性交替迭代法用于求解溫度場、濃度場重建的非線性不適定問題,可以充分利用多條譜線的測量信息。首先對濃度的計算提出線性方案,半線性化原問題,弱化原問題的非線性。其次對待測溫度場、濃度場提出了交替迭代的方案,固定其中一個未知變量,更新另一個變量。這一技術(shù)可以降低數(shù)據(jù)的存儲空間,每一步迭代降低一半的未知變量個數(shù),使得該算法適用于大規(guī)模未知量的計算。最后為了保證迭代解收斂于精確解,引入懲罰項克服重建過程的病態(tài)性,每一步迭代自動調(diào)整正則化參數(shù)。為驗證方案的有效性,設(shè)定了單峰與雙峰溫度、濃度分布模型,并將上述算法與模擬退火算法進行比較。結(jié)果表明,兩種算法均能夠獲得較準確的溫度場與濃度場重建結(jié)果,然而交替迭代算法的計算耗時明顯較少。為檢驗算法的抗干擾能力,使用疊加了不同等級高斯白噪聲的測量值進行場重建。重建結(jié)果表明該算法具有較強的抗噪聲能力。將交替迭代算法用于實際火焰的溫度場與濃度場重建,通過時分復用技術(shù)測量了10條吸收譜線在兩個正交方向的積分吸光度。重建溫度分布與修正后的熱電偶測量值吻合較好。該方法更適用于航空發(fā)動機等空間光路布置受限條件下的溫度場與濃度場的測量。
[Abstract]:In order to verify the accuracy of the method , it is difficult to measure the accuracy of the temperature field and the concentration field . In order to verify the accuracy of the method , the method can effectively improve the accuracy of the measurement . A semi - linear alternating iterative method is proposed to solve the problem of non - linearity of temperature field and concentration field reconstruction .

【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V231.2

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本文編號：1697140