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基于透射曲线拟合的高精度激光吸收光谱温度检测方法
被引量：
1
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作者
高慧
姚树智
+4 位作者
张蒙
姜萌
张子昊
王学锋
杨勇
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第11期3052-3059,共8页
可调谐激光吸收光谱技术在流场检测领域应用越来越广泛,然而恶劣的现场应用环境对测试系统的环境适应性、抗噪声干扰能力提出了更高的要求。直接吸收光谱技术可以获得吸收峰的全部信息,对多类测试环境均适用,如风洞,发动机喷射流场等,...
可调谐激光吸收光谱技术在流场检测领域应用越来越广泛,然而恶劣的现场应用环境对测试系统的环境适应性、抗噪声干扰能力提出了更高的要求。直接吸收光谱技术可以获得吸收峰的全部信息,对多类测试环境均适用,如风洞,发动机喷射流场等,然而受现场测试环境影响,获得的测试信号信噪比通常较差,难以实现高精度检测。针对这一问题,对直接吸收光谱技术的数据处理分析算法进行了分析研究,提出了一种基于透射曲线拟合的高精度温度反演分析方法。利用水汽在7185.6和7444.3 cm-1附近的吸收谱线,研制了基于直接吸收光谱检测技术的温度检测系统,开展了573K-1173K温度范围内测试信号的处理分析,对比分析了基线-吸收线型拟合算法与透射曲线拟合算法的反演结果。当检测温度为773 K时,相比基线-吸收线型拟合算法,透射曲线拟合算法在7444.3 cm-1波段附近的逐点拟合误差峰峰值可以减小约30%,7185.6 cm-1波段附近的逐点拟合误差峰峰值可以减小约16%。573~1173 K温度范围内,透射曲线拟合算法反演温度最大误差为13 K,相比基线-吸收线型拟合算法减小了23 K。给测试信号加入不同幅度的随机噪声信号,两种算法反演温度的标准差均随噪声幅度的增加而增加,同时温度越高,温度反演标准差越大。当噪声的峰峰值分别为20、60和100 mV时,不同温度下基线-吸收线型拟合算法温度反演结果的标准差最小值为18 K,最大值为313 K,透射曲线拟合算法温度反演结果的标准差最小值为4 K,最大值为44 K。实验分析结果表明,相比基线-吸收线型拟合算法,透射曲线拟合算法可以修正激光器功率基线拟合误差,提高透射信号拟合精度,减小温度反演误差。对比不同噪声水平下测试信号的温度反演结果表明,透射曲线拟合算法在噪声干扰下可以实现更高的检测精度,具有更强的抗噪声干扰能力。
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关键词
可调谐激光吸收光谱
直接吸收光谱
温度检测
透射曲线拟合
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职称材料
题名
基于透射曲线拟合的高精度激光吸收光谱温度检测方法
被引量：
1
1
作者
高慧
姚树智
张蒙
姜萌
张子昊
王学锋
杨勇
机构
北京航天控制仪器研究所
出处
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第11期3052-3059,共8页
基金
国家自然科学基金项目(61827820)资助。
文摘
可调谐激光吸收光谱技术在流场检测领域应用越来越广泛,然而恶劣的现场应用环境对测试系统的环境适应性、抗噪声干扰能力提出了更高的要求。直接吸收光谱技术可以获得吸收峰的全部信息,对多类测试环境均适用,如风洞,发动机喷射流场等,然而受现场测试环境影响,获得的测试信号信噪比通常较差,难以实现高精度检测。针对这一问题,对直接吸收光谱技术的数据处理分析算法进行了分析研究,提出了一种基于透射曲线拟合的高精度温度反演分析方法。利用水汽在7185.6和7444.3 cm-1附近的吸收谱线,研制了基于直接吸收光谱检测技术的温度检测系统,开展了573K-1173K温度范围内测试信号的处理分析,对比分析了基线-吸收线型拟合算法与透射曲线拟合算法的反演结果。当检测温度为773 K时,相比基线-吸收线型拟合算法,透射曲线拟合算法在7444.3 cm-1波段附近的逐点拟合误差峰峰值可以减小约30%,7185.6 cm-1波段附近的逐点拟合误差峰峰值可以减小约16%。573~1173 K温度范围内,透射曲线拟合算法反演温度最大误差为13 K,相比基线-吸收线型拟合算法减小了23 K。给测试信号加入不同幅度的随机噪声信号,两种算法反演温度的标准差均随噪声幅度的增加而增加,同时温度越高,温度反演标准差越大。当噪声的峰峰值分别为20、60和100 mV时,不同温度下基线-吸收线型拟合算法温度反演结果的标准差最小值为18 K,最大值为313 K,透射曲线拟合算法温度反演结果的标准差最小值为4 K,最大值为44 K。实验分析结果表明,相比基线-吸收线型拟合算法,透射曲线拟合算法可以修正激光器功率基线拟合误差,提高透射信号拟合精度,减小温度反演误差。对比不同噪声水平下测试信号的温度反演结果表明,透射曲线拟合算法在噪声干扰下可以实现更高的检测精度,具有更强的抗噪声干扰能力。
关键词
可调谐激光吸收光谱
直接吸收光谱
温度检测
透射曲线拟合
Keywords
Tunable diode laser absorption spectroscopy
Direct absorption spectroscopy
Temperature detection
Transmission curve fitting
分类号
O433.1 [机械工程—光学工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于透射曲线拟合的高精度激光吸收光谱温度检测方法
高慧
姚树智
张蒙
姜萌
张子昊
王学锋
杨勇
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
1
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