用光谱层析技术重建等离子束射流场

提出了一种用光谱层析技术结合数值计算原理来重建等离子束射流温度、密度、压力和速度场的诊断方法.用CCD扫描光谱系统获得谱线强度,通过相对强度法重建温度场;再借助等离子射流有关物理方程来重建其它物理参量.分析了等离子束射流温度、密度、压力和速度场的空间分布特点以及它们之间的内在联系.

发射光谱层析重建温度场中的温度定标

基于黑体辐射理论,重点对发射光谱层析(EST)重建温度场中的非接触式温度定标进行了研究.实验结果表明,非接触式温度定标方法(即黑体炉定标法),能有效地避免由于接触式测温仪对原场的干扰所造成的误差,也能有效地解决在发射光谱层析中高温区或超高温区的温度定标问题,在接触式定标基础上提高了温度场重建精度、拓展了温度适用范围.

基于层次化离散与残差网络的可调谐二极管激光吸收光谱层析成像

快速、准确、适用性强的重建算法是可调谐二极管激光吸收光谱层析成像(TDLAT)的核心研究内容之一。现有算法一般取位于燃烧场中心的某局部区域作为感兴趣区域(RoI),利用整个燃烧场对激光束的光谱吸收值重建RoI这一局部区域内的气体参数分布。重建结果与实际情况存在一定偏差。针对这一问题,该文研究燃烧场的空间层次化离散方法,进而为TDLAT系统设计一种基于残差网络(ResNet)的层次化温度层析成像方案(HTT-ResNet)。该方案能够根据有限数量的光谱吸收测量值完整重建整个燃烧场的温度图像,并对计算资源与燃烧场不同空间区域的成像分辨率进行优化配置,着重实现RoI内温度分布的高空间分辨率成像。利用随机多模态高斯火焰模型与实际TDLAT系统测量数据进行的实验均表明,HTT-ResNet重建的温度图像能够准确定位火焰的空间位置、清晰描述燃烧场的温度分布。

CCD光谱层析技术重建氩等离子束射流三维温度场

根据谱线相对强度法,提出了利用正交面阵CCD光谱层析技术,实时重建氩等离子束射流三维温度场的方法。通过CCD获得的待测场图像与没有射流射出时在待测场处放置的坐标纸图像进行比对,测量了实际待测场的大小;利用步进电机带动光纤探针对待测场进行扫描,通过光谱仪获得了待测场的光强分布。根据谱线相对强度法中谱线选取的原则,选择了696.5和763.5nm两条谱线作为研究对象。为防止CCD接收光强过饱和及待测场边缘光谱信息的损失,根据待测场的大小和光强分布设计了梯度衰减片,再通过窄带滤波片获得了待测场的光谱信息。结果表明与光纤光谱扫描法获得的结果吻合较好,不确定度为3.3%。系统满足了实时重建三维温度场的要求,为等离子束射流后续的密度场、压力场和速度场的实时诊断提供了坚实基础。

光谱层析成像法重建温度场

介绍一种用高速分层摄像控制系统重建火焰温度场的方法。连续的三维发光体可以看成若干个互相平行的二维发光断层的组合 ,对发光体某断层进行聚焦摄像 ,得到的图像是该断层的高斯像和其它断层的离焦像的叠加像。对不同断层分别快速聚焦摄像 ,得到一组辐射图像 ,采用图像反演算法 ,可以重建各断层的原始图像 ,运用彩色三基色测温方法 ,处理所得到的原始图像 ,即可建立火焰的三维温度场。通过蜡烛火焰的试验 。

基于激光吸收光谱层析技术的超燃冲压发动机氢气引导煤油燃烧过程分析

为了解超燃冲压发动机引导点火过程中燃烧流场截面参数分布特征和传播规律,利用激光吸收光谱技术对氢气引导煤油燃烧过程进行测量和分析。在约200ms的引导燃烧过程中,激光吸收光谱层析测量系统对流场截面温度二维分布进行了全程的测量,时间分辨率为1ms。对于测量结果,重点分析了氢气加注、上壁面煤油加注和下壁面煤油加注三个关键阶段的流场变化规律。分析结果表明,在本论文试验所采用的引导点火方式中,火焰在上下壁面之间的传播速度约为15m/s,当煤油燃烧时,流场截面具有较强的非均匀性,高温区域集中在煤油喷注口附近,最高温度达到2500K以上。研究表明,激光吸收光谱层析技术可以为超燃冲压发动机点火过程研究提供丰富且有效的流场截面参数分布信息。

发射光谱层析系统的一种几何标定方法

提出了一种基于虚拟标尺和现实标尺相结合的发射光谱层析系统的几何标定方法.该方法不考虑摄像机的参数,只根据被摄物体的实际尺寸和对应图像中像素数目进行标定.实验表明该方法用于发射光谱层析系统简单而有效.

中红外层析吸收光谱技术应用于甲烷掺氨层流预混火焰温度测量

氨(NH3)是一种代表性的零碳燃料,其完全燃烧产物为水(H_(2)O(g))和氮气。由于其独特的零碳排放优势,近年来,NH3已在热力锅炉、内燃机和工业窑炉中实现高比例掺烧的减排应用。由于火焰温度与燃烧效率和污染物生成密切相关,因此亟须精准的实验数据以实现对燃烧过程的主动控制。本文开发了基于中红外层析吸收光谱技术的测量系统,通过跃迁谱线分析,优选了H_(2)O在基频谱带(v3)内2482 nm附近的吸收谱线开展吸收光谱测量。采用多个Voigt线型函数实现H_(2)O光谱重叠吸收特征的精确拟合,并结合阿贝尔逆变换和正则化技术实现了不同掺氨比燃烧工况下火焰温度的免标定、定量测量。实验结果表明纯氨燃料和甲烷/氨气混合燃料的火焰面位置位于燃烧器上方高度的0.5~2 mm之间,当体积掺氨比从20%向100%增大时,火焰面逐渐远离燃烧器,同时火焰最高温度大约从1600 K上升至2000 K。本文开发的测量方法与系统,不仅能捕捉到层流预混火焰沿着轴向和径向的非均匀温度分布,还能分辨出不同燃烧工况下的火焰温度差异,特别适合零碳氨燃料火焰温度测量。

并行压缩感知计算层析成像光谱

计算层析成像光谱既有传统成像光谱仪获取目标二维空间和一维光谱“图谱合一”的能力,还具有高通量测量和免扫描特性,在光谱成像领域拥有广泛应用场景并得到大量研究。根据中心切片定理,计算层析成像光谱仪性能主要受焦平面阵列探测器(FPA)和二维色散元件的性能制约,以往研究主要在改进二维色散元件设计以增加衍射级次和投影角度以提高精确重建光谱所需的采样量。从FPA二维色散投影测量入手,提出并行压缩感知理论和计算层析成像光谱结合的方法,构建并行压缩感知计算层析成像光谱模型,利用低分辨FPA实现更高分辨率的色散投影测量,最终实现高于传统计算层析直接测量的性能水平。该研究为验证该成像光谱模型的正确性与可行性,先选用高光谱数据集对色散投影直接测量模型进行了三光谱立方体到二维色散投影和并行压缩感知测量模型重建的仿真实验,在仿真结果正确的前提下使用连续谱激光器和反射式数字微镜进行了相应的光学系统实验,完成了投影矩阵的逐点精确标定,并提出提高标定效率的并行标定方法,将标定时间降低到单点标定的四分之一。结果显示并行压缩感知计算层析成像光谱可以获得更高的光谱重建质量,能获得高于FPA自身性能的高分辨光谱投影并大幅提高光谱重建质量,验证了所提并行压缩感知计算层析成像光谱的正确性与可行性。

基于混合卷积的有限角度发射光谱层析重建

为了解决传统迭代类重建算法在光学窗口有限和采样角度受限情况下火焰三维重建精度低的问题,提出了一种基于三维-二维卷积串联的混合卷积神经网络模型,作为空间特征提取器。该模型利用三维卷积同步提取多视角投影图的空间特征,并采用二维卷积进一步加快训练速度,减少计算损耗。与传统的迭代类重建算法和基于残差网络的重建算法相比,该网络模型具有重建精度高、时间成本低等特点,有望用于实际工况中火焰场的在线监控和快速重建。

正则化处理在层析成象光谱技术中的应用

本文首先介绍了层析成象光谱技术的基本原理和奇异值分解法在层析成象光谱技术中的一般应用．其次，为了改善层析成象系统的病态性，在硬件上，可通过设计光栅各衍射级数的衍射效率从而降低投影矩阵的谱条件数；在软件上，通过引入正则化处理，改善了层析成象系统的稳定性，降低了噪音对重建的光谱图象的影响．最后。

菠萝树叶光声层析光谱及其光合作用效率的研究

[目的]探讨用非损伤的光声层析光谱技术实时控制培育林苗成长的有效途径。[方法]采摘菠萝树叶绿色叶片和黄色叶片为试材,按光声池样品室大小切下靠中间的菠萝树绿叶片和黄叶片的叶小片,分别放进相应的光声池,应用归一化光声层析光谱试验装置,选用斩波频率24 Hz和34 Hz,时间常数3 s,分层进行光声层析光谱扫描,测量菠萝树绿叶正面和绿叶反面以及黄叶正面的光声层析光谱及其光学特性。[结果]菠萝树叶在特定调制频率时能提高光合作用效率。黄叶的叶绿体数量比绿叶少,黄叶比绿叶的光合作用明显减弱。菠萝树叶叶绿体数量越多,其光合作用越强,光合作用效率越高。[结论]应用归一化光声层析光谱试验装置测量菠萝树叶光声层析光谱是可行的。

画幅式层析成像光谱系统设计和实验研究

文章介绍一种无需时间或空间扫描的新型成像光谱仪—利用位相光栅作为分束器件的计算层析成像光谱仪 (CTIS)。重点介绍了各个系统的设计原则和位相光栅的设计 ,并给出了光栅的设计结果。详细介绍系统矩阵的实验定标方法和过程。叙述了自然光照明条件下真实物体组成的靶标的光谱成像实验 ,对目标实验采样的数据进行重构处理 ,给出了实验结果。

代数迭代法用于傅里叶变换计算层析成像光谱仪数据重建

主要介绍代数迭代法在傅里叶变换计算层析成像光谱仪数据处理中的应用。根据4种不同投影数进行了光谱切片重建,并对光谱相似性进行了比较。针对ART算法可应用少数投影重建的特点,专门在45个投影数时,采用不同迭代系数进行了重建,并进行了比较。最后,对实际场景进行了光谱切片重建。

共轭梯度算法在画幅式层析成像光谱仪中的应用

介绍了画幅式层析成像光谱仪的基本原理及共轭梯度算法 ,解决了共轭梯度法在实际应用中的几个问题 ,如图像分割 ,先验算子的引入 通过对实际数据的计算 ,得到了 95× 95的像素 ,2 8个波段的数据立方体

基于吸收光谱的火焰温度与CO_(2)浓度场协同重建

火焰温度场及组分浓度场的实时测量对燃料能量的有效利用以及控制燃烧产物具有重要作用,本文基于层析吸收光谱技术实现了对不同模态火焰温度场和CO_(2)组分浓度场的二维重建.构建了火焰温度场和CO_(2)浓度场协同重建模型,分别采用代数迭代ART(algebra reconstruction technique)算法与引入正则化技术的CGLS(conjugate gradient least sqaure)算法对火焰的温度场和CO_(2)组分浓度场进行了重建,对两种算法的重建精度、效率和抗噪性进行了研究.通过混合多种群粒子群随机寻优算法,对固定光线数目下最优测量精度的光线布置进行了求解.

以香草素为内标之气相层析光谱法定量牛樟木精油指标成分松油醇的快速分析方法（英文）

牛樟精油具有独特浓郁的香气,其中以α-松油醇(α-terpineol)为牛樟精油主要成分。由于樟树精油制品可依种类、变种、亚种等不同而有不同成分,以松油醇最具独特性,可作为牛樟木精油品质重要指标成分,应用以区别牛樟树与冇樟以及香樟等木材精油的方法,因此建立市售牛樟木精油指标成分α-松油醇含量的简便快速又准确的检验方法便有其必要性。该研究拟以市售精油液体样品,不经任何前处理,加入适当之内标准溶液溶解后,直接注入气相层析光谱仪中,配合适当的分离管柱及气相层析条件,以期建立简便快速又准确的牛樟木精油指标成分α-松油醇之定量方法。毛细管柱气相层析具有高解析度及高灵敏度等优点,仍为现代最重要分析技术之一,因此研究建立了以香草素为内标准定量牛樟木精油指标成分α-松油醇(α-terpineol)之气相色谱层析法的快速分析方法。牛樟木精油液体样品,加入适当量之香草素内标准溶液混合溶解后,即可直接注入配有广口径之毛细管柱(megabore column)气相色谱仪中分析,相当简便,每分析一个样品仅需约30min。结果显示松油醇之最低定量浓度(limit of quantitation,LOQ)为1μg·mL-1左右。在添加回收试验中添加松油醇1.0及10.0mg于市售冇樟精油及牛樟精油中,其回收率在98%～103%,变异系数均在10.8%以下,显示该方法的精密度相当高。以该研究建立的方法分析15件市售牛樟精油中松油醇含量,结果显示,市售牛樟木精油的松油醇含量最高约51.6%及最低为21.3%左右,此结果显示以定量松油醇作为市售牛樟精油品质指标是一快速、准确且可行的方法。

多光谱光声层析技术在肿瘤学中的应用进展

多光谱光声层析技术是一种新兴的光声成像技术,兼具光声断层扫描和多光谱成像的优点。该成像技术需要利用内源性和外源性光声成像对比剂进行成像。成像时,激光发射器发射多个波长的激光束照射组织,组织发生热弹性膨胀并产生超声波,将超声换能器接收的光声信号进行后处理,分解光谱信息并重建图像。目前,多光谱光声层析技术已广泛用于多种肿瘤的研究。文章着重介绍光声成像对比剂和多光谱光声层析技术的发展近况以及在临床转化中取得的研究进展。

旋流火焰燃烧温度场二维吸收光谱诊断

针对旋流火焰的复杂流场结构,结合可调谐二极管吸收光谱技术(tunable diode laser absorption spectroscopy , TDLAS)和多光谱层析成像术(hyperspectral tomography , HT),发展了具有空间分辨能力的二维吸收光谱测量技术(tunable diode laser absorption tomography , TDLAT),实现了甲烷/空气旋流火焰不同高度的二维温度场测量.该TDLAT系统吸收波长为7 185.6 , 7 444.3 , 6 807.8和7 466.3 cm -1 四线,采用分时-直接吸收探测策略,测量频率2.5 kHz ,采用13×13路正交光路(空间分辨率7 mm),采用模拟退火算法进行数据重建.经与理论计算结果对比分析,重建结果真实地反映了旋流火焰温度场的二维分布.

一种基于FPGA实现层析重建的加速方法

提出一种在FPGA上实现发射光谱层析技术SIRT算法时,在原有资源不变的情况下,加速系统运算的方法。该方法把矩阵分块理论的数学原理和FPGA具有并行运算能力的优势有机结合,使运算速度有效提升,不仅使发射光谱层析(EST)技术向实时化迈近了一步,同时也为今后在FPGA上实现其他数据量庞大的数字信号处理时速度的提升和资源的优化给出启示,即在硬件资源不变的情况下,可以充分利用数学理论并结合硬件资源现有的优势实现设计的目标。