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| 1 | 激光吸收光谱断层诊断技术测量燃烧流场研究进展显示文摘激光吸收光谱断层诊断技术(TDLAT)是将可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)与计算机断层诊断技术(CT)相结合的一种新型的流场二维测量技术。该测量技术具有灵敏度高、抗噪声能力强等优势,可用于高温、高速、有毒等严苛环境下的流场监测,尤其在燃烧和推进流场测量中具有广阔的应用前景。首先介绍了TDLAT测量的基本理论,其次将TDLAT系统分为4个基本模块,即光学测量模块、数据处理模块、重建算法模块和后处理模块,分别对各模块的研究现状和关键技术进行了综述和对比分析,再次,列举了TDLAT在超燃冲压发动机、航空发动机和燃煤锅炉上的应用,最后讨论了TDLAT在燃烧流场测量中的发展趋势和有待解决的问题。介绍的TDLAT技术研究现状、关键技术及发展动态可为相关研究人员提供参考。 | 洪延姬 宋俊玲 饶伟 王广宇 | 2018 | 实验流体力学2018，32，1： | 11 |
| 2 | 基于波长调制吸收光谱的燃烧流场二维重建显示文摘可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是进行燃烧流场关键参数测量的有效有段。采用近红外水蒸汽的两条吸收线(7168.44 cm^(-1)与7185.60 cm^(-1)),分别利用直接吸收法与波长调制法对不同噪声干扰下的高斯峰流场进行了温度重建的数值仿真。将波长调制法和直接吸收法的二维重建结果进行对比,结果显示基于波长调制法的二维重建有更强的抗噪声能力。以McKenna平面燃烧炉产生的甲烷-空气预混火焰为测量对象,进行了二维温度重建。实验结果显示基于直接吸收法和波长调制法的二维重建的最大偏差分别为8.5%和5.9%,均方相对误差分别为0.0469和0.0268。弱吸收下基于波长调制法的二维重建技术显示了更好的重建效果。 | 王兴平 彭冬 李佳胜 金熠 翟超 | 2021 | 中国激光2021，48，7： | 11 |
| 3 | 温度场二维重建非规则光线分布优化显示文摘基于激光吸收光谱技术和代数迭代算法,在非规则光线分布条件下,实现温度场二维重建。通过计算重建区域所有网格穿过光线数目的权重因子,得到优化的非规则光线分布方式,提高了温度场重建精度。数值仿真结果表明,采用优化的非规则光线分布温度场重建结果相对原始模型偏差在15%以内,优于未优化光线分布得到的结果;随着发射数目的增加,投影光线数目增多,不同离散网格数目下,重建质量均提高;在相同光线数目条件下,非规则光线分布重建结果优于平行投影重建结果。实验中采用时分复用技术,在1kHz扫描频率下分别扫描H2O的两条吸收谱线7205.25cm-1和7416.05cm-1,通过实验对比优化与非优化光线分布和多发射端重建结果,数值模拟结果与实验结果相一致,验证了光线分布优化方法的正确性。 | 宋俊玲 洪延姬 王广宇 | 2013 | 光学学报2013，33，4： | 7 |
| 4 | 基于TDLAS的二维温度场重建算法显示文摘可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术结合层析成像(CT)算法能实现流场温度、浓度等信息的二维重建测量。为研究层析成像算法对温度场二维重建质量的影响,实现了两种典型重建算法:代数迭代重建算法(ART)和模拟退火(SA)算法。在不同的射线分布和吸收谱线数目情况下,使用两种算法对给定单峰温度场和双峰温度场分别进行重建仿真,比较分析了两种算法的重建结果。仿真结果表明,影响代数迭代重建算法重建质量的主要因素是射线分布,而模拟退火算法则对吸收谱线数较为敏感;对于单峰温度场,代数迭代重建算法重建结果的最大偏差为5.6%,略好于使用6条吸收谱线时模拟退火算法重建结果的6.2%;对于双峰温度场,模拟退火算法重建结果的最大偏差为5.5%,而代数迭代重建算法的最大偏差则高达22%。 | 彭冬 金熠 翟超 | 2016 | 中国激光2016，43，11： | 7 |
| 5 | 基于ADMM的TV图像重建算法研究:设计、实现及评估显示文摘稀疏重建是当前CT(computed tomography)领域的研究热点,其实质是用稀疏视角下的投影来重建图像,以减少扫描过程中对病患的辐射剂量。随着压缩感知理论的提出,稀疏重建算法已经被广泛应用到了医学CT中。TV(total variation)算法是可以实现稀疏重建的一种有效方法。本文设计了一种基于ADMM(alternating direction method of multipliers)的TV算法,先将非约束的优化问题转换为约束形式,然后引入乘子,最后通过交替方向法实现迭代过程。该方法将复杂的优化问题分解为了若干个具有闭合形式的子优化问题,故迭代速度较快。仿真实验表明,与传统的滤波反投影算法相比,该算法可以实现稀疏角度下的高精度图像重建。同时还初步探讨了平衡因子在不同噪声情形下对重建精度的影响。 | 李欣 乔志伟 邰浩伟 宋文琪 | 2016 | 科学技术与工程2016，16，25： | 5 |
| 6 | 光线分布对基于TDLAS温度场二维重建的影响显示文摘基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术采用代数迭代算法实现燃烧场温度二维重建。在有限入射光线数目下为获得最佳重建结果,研究了扇形光束和平行光束分布下光线数目、网格数目对温度场重建结果的影响规律。提出虚拟光线方法,通过在相邻光线间增加虚拟光线,减小网格间距以增加网格数目,满足在光线数目较少情况下,实现了较为细致的二维温度场重建。计算结果表明当光线间距与网格间距比在0.6~1范围内时,重建温度场相对均方误差最小。在相同入射光线数目情况下,虚拟光线法可以有效降低重建温度场相对均方误差,提高重建二维温度场精确度。 | 宋俊玲 洪延姬 王广宇 潘虎 | 2014 | 红外与激光工程2014，43，8： | 5 |
| 7 | 基于波长调制光谱技术的气体温度和组分浓度场二维重建测量方法研究显示文摘提出了基于波长调制光谱(WMS)方法实现非均匀燃烧场气体温度和H_2O组分浓度场二维重建的测量方法。利用实验测得的2f/1f信号,通过数值仿真与迭代实现了激光穿过非均匀燃烧场后积分吸光度的测量,进而利用重建算法实现了燃烧场的二维分布测量。选用H_2O的两组谱线对针对单高斯分布和阶跃分布模型开展了数值仿真研究,并采用频分复用方法在平面燃烧火焰中开展了实验研究。结果表明:基于WMS方法的二维重建测量精度较高,在单高斯分布模型中,7185.60cm^(-1)和7454.45cm^(-1)谱线对的温度和H_2O浓度的重建误差分别小于2%和2.5%;在对温度敏感的区间内,所选谱线对的重建误差较小,在对温度不敏感的区间内,重建误差较大;火焰中心区域的重建结果与预测值一致,温度重建误差小于3.2%,在温度阶跃变化的边缘区域,重建效果较差,原因在于WMS方法和代数迭代算法对温度阶跃变化流场不敏感。 | 屈东胜 洪延姬 王广宇 辛明原 | 2018 | 中国激光2018，45，1： | 4 |
| 8 | Tomography system for measurement of gas properties in combustion flow field显示文摘This paper describes a self-designed fiber-coupled tomography system and its application in combustion diagnostics. The tomographic technique, which combines tunable diode laser spectroscopy and algebraic reconstruction technique, enables the simultaneous reconstruction of temperature and gas concentration with both spatial and temporal resolutions. The system measures a maximum diameter of 35 cm in a circular area with a minimum spatial resolution of 1 mm×1 mm and temporal response of up to 1 kHz. Simulations validate the effects of the beam arrangement and discrete grid on reconstruction accuracy, and give the optimal beam arrangements. Experiments are made to demonstrate the tomography method, and systems are constructed in laboratory and on engineering test benches. | Junling SONG Yanji HONG Mingyuan XIN Guangyu WANG Zhaoran LIU | 2017 | Chinese Journal of Aeronautics2017，30，5： | 4 |
| 9 | 基于虚拟光线再投影方法的激光吸收光谱燃烧场二维重建研究显示文摘针对在不完全投影数据条件下燃烧场气体组分浓度、温度二维分布重建难题,提出了一种基于虚拟光线再投影方法的燃烧场二维重建算法。利用有限的测量投影数据进行差分运算获取相同角度下不同位置处虚拟光线投影值,增加光线数量以提高重建质量。采用改进型代数迭代算法对燃烧场进行重建并获取燃烧场的重建初始值,利用再投影方式获取其他投影角度下虚拟光线的投影数据并进行联合迭代,最终实现对燃烧场气体组分浓度与温度二维分布重建。采用近红外波段7 185.6和7 444.35 cm^-1两条H2O特征吸收谱线结合21条测量光线对49×49网格区域进行计算,通过对相同光线数量条件不同布置方式燃烧场重建结果进行对比分析,选取了合理的光线布置结构。与传统的采用平滑因子的代数迭代重建算法进行对比,虚拟光线再投影方法的重建精度明显提高,同时该方法消除了人为选择平滑因子对重建结果所带来的主观影响,降低了由于投影角度较少所带来的重建误差。计算结果表明,重建误差随着再投影运算次数的增加而不断下降,当在再投影次数达到十次后重建误差逐渐趋于稳定。在5%噪声幅值条件下进行十次再投影后,温度分布重建误差小于5.76%,浓度分布重建误差小于8.83%,测量噪声对于燃烧场重建结果影响较小。通过对600~1 200 K温度范围内的双峰以及三峰燃烧场模型进行计算分析,验证了虚拟光线再投影方法对于不同工况下燃烧场气体组分浓度、温度二维分布的重建能力。研究结果对有限投影条件下的激光吸收光谱技术二维重建技术理论研究具有重要意义,可促进激光吸收光谱技术在现实燃烧装置中的工程化应用。 | 那奕君 李宁 黄孝龙 翁春生 | 2020 | 光谱学与光谱分析2020，40，12： | 3 |
| 10 | 基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的炉内燃烧场参数在线监测系统设计显示文摘基于可调谐二极管激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)技术,设计了炉内多燃烧场参数(温度,CO、CO;和NO浓度等)同时在线监测技术方案,包括一维燃烧参数监测系统和多维燃烧参数监测系统。在一维燃烧参数监测系统中,引入光开关技术实现多个燃烧参数的同时测量。在二维燃烧参数监测系统中,引入分光器技术和代数迭代算法(algebraic reconstruction technique,ART)实现平面内二维燃烧参数的反演和测量。在此基础上,设计了三维燃烧参数监测系统,三维燃烧参数测量步骤为:先将炉内燃烧区域划分为多层二维切片;再基于ART法重建二维燃烧参数;最后基于多层二维燃烧参数数据重构三维燃烧参数。本文所设计的炉内燃烧场参数监测系统有利于未来锅炉精细化调整。 | 李源 郭志成 孟晓超 陈科峰 任利明 毛睿 岑可法 | 2022 | 发电技术2022，43，2： | 2 |
| 11 | An efficient regulation approach for tomographic reconstruction in combustion diagnostics based on TDLAS method显示文摘For tomographic reconstruction in combustion diagnostics,it is usually necessary to solve a rank-deficient problem,where the number of non-linear dependent equations is smaller than the number of unknowns.In some reconstructions,there are grids without rays passing through.This produces artifacts during the reconstruction.In this paper,the weight of the regulation equation is modified with the number of the rays crossing the grid cells.The effect of the neighboring grid values as well as the number of rays crossing the grid cells is considered in the new regulation method.Numerical simulation results show that the new regulation method suppresses the reconstruction error of the no rays crossing grid and successfully restrains the corner distortion in four projection angles.The effects of the weight coefficient and the smoothing factor on the reconstruction are examined through a numerical study.Finally,a combustion experiment demonstrates that the new regulation method can significantly reduce the reconstructed error,especially for the nonray crossing condition,and the results are compared with thermocouple measurements and reconstructions without modified regulation. | Mingyuan XIN Junling SONG Wei RAO Yanji HONG Yajing JIANG | 2020 | Chinese Journal of Aeronautics2020，33，12： | 2 |
| 12 | 基于波长调制光谱的非均匀流场气体参数二维分布测量显示文摘基于波长调制光谱方法,研究了一种实现非均匀燃烧场气体参数二维分布测量的新方法。气体参数的二维分布是通过测量激光穿过非均匀流场区域的积分吸光度并结合重建算法进行反演实现。研究了基于波长调制光谱,通过拟合谐波信号实现积分吸光度测量的方法。利用所选的7185.60cm^(-1)和7454.45cm^(-1)两条H_2O谱线,通过建立离散模型和设计光线布局,基于波长调制光谱方法和代数迭代重建算法实现了非均匀流场区域内温度场和H_2O组分浓度场的二维分布测量。重建结果表明:基于波长调制光谱的二维重建方法具有较高的重建精度,与预测值相比,温度和H_2O组分浓度的重建误差分别小于1.69%和3.05%。 | 屈东胜 洪延姬 王广宇 辛明原 | 2017 | 推进技术2017，38，6： | 1 |
| 13 | 极少方向投影光偏折CT的偏折角压缩传感修正重建显示文摘将压缩传感理论与偏折角修正迭代技术相结合解决光偏折层析极少方向的投影重建,提出了一种新的偏折角压缩传感修正重建算法。该算法以待测场梯度的l1范数为稀疏性先验模型,结合最速下降法进行全变差调整,并引入压缩传感权重因子对迭代过程进行优化。在极少方向投影条件下对双峰温度场进行模拟重建,并在相同条件下与已有算法进行比较。结果表明,在6方向投影数据条件下,新算法在峰值构建和重建平滑度方面均表现出显著的优越性,新算法的峰值误差和标准距离误差分别比现有算法降低了18.32%和46.67%。通过对喷焰温度分布的实验测量证明了该算法的有效性。 | 张斌 刘龙 | 2014 | 激光与光电子学进展2014，51，5： | 1 |
| 14 | 基于吸收光谱层析成像的气体摩尔分数和温度分布二维重建显示文摘基于可调谐二极管激光吸收光谱层析成像技术,采用代数迭代重建算法,实现对气体摩尔分数场和温度场二维分布的重建.利用半透半反镜,将激光束反复穿过被测区域,用多个探测器依序接收,固定光路瞬时测量.建立H2O蒸气摩尔分数和温度分布模型,数值分析了初始光线角度、光线数目、网格数目对重建结果的影响.通过对初始假定分布数据进行取样得到期望数据,将期望数据与重建数据的对比结果作为重建结果评价依据,通过插值与初始数据比较评判整个重建方案.结果表明新的光线分布能够较好地对被测区域进行重建,同时证明了期望数据描述方法可行. | 买鹏 张帆 | 2016 | 物理实验2016，36，9： | 1 |
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