【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于数字频率锁定双光梳系统的气体温度测量方法，属于激光吸收光谱测温。
技术介绍
1、常态下的大多数物质都是以固体、液体、气体的形式存在的，相比于其他两种状态，气体的分子间距远超自身维度，极大地削弱了分子间作用力，从而带来了很强的流动性。在各个领域的生产实践过程中，对气体的组分、温度、浓度、压力等参数进行高精度的测量具有重要的意义。比如，在热电厂和船舶上广泛应用的大型燃气轮机运行过程中，对其内部的燃烧状态和各处的气体温度及气体组分进行实时监测，对于提高燃烧效率以及减少环境污染具有重要作用；在航空航天领域，为判断发动机燃烧室当前的实际工作健康状况，预测其性能变化趋势，需要对火箭发动机和航空发动机燃烧室以及尾部火焰的燃烧状态进行监测，通过获取火焰温度的测量数据，对燃烧室的性能进行评价，为发动机结构设计提供参考依据。
2、工业过程中常用的温度测量手段按照是否与待测对象产生接触，分为接触式温度测量方法和非接触式温度测量方法。接触式测量以传统的热电偶、热电阻、光纤传感以及燃气分析法为代表，技术成熟可靠；非接触式测量技术因其响应速度快、测量精度高、不干扰流场等优点，受到越来越多的关注，其按照测量原理划分为基于声学、电学、光学等测量方法。
3、在高温工业过程和燃烧过程监测中，热电偶和热电阻的使用相对更为广泛，其具有操作简单、测温范围较宽、成本低廉等优点。2021年webster e等人发表在《计量学》(metrologia)第58卷第2页的论文《常见热电偶参考函数的重要回顾》(a critical re
4、接触式温度测量方法具有诸多不便，近年来非接触式温度测量方法得到了广泛的发展。光学测温法作为重要的非接触式温度测量方法之一，具有对流场影响更小、抗干扰能力强、测量精度更高等优势。激光吸收光谱法是经典的光学测温手段之一。2013年sun等人在《应用物理b:激光与光学》(applied physics b:lasers and optics)第110卷第497-508页上发表的文章《用于高压气体传感的波长调制二极管激光吸收光谱》(wavelengthmodulation diode laser absorption spectroscopy for high-pressure gas sensing)系统性地介绍了可调谐激光激光吸收光谱技术在火焰及气体温度测量等领域中的应用，并且提出了一系列针对恶劣环境的测试方法，实现了待测对象的温度、组分浓度、压力和流速等参数的测量。2019年zhang等人在《电气与电子工程师协会仪器与测量汇刊》(ieeetransactions on instrumentation and measurement)第69卷第8226-8237页上发表的文章《具有短扫描时间和可调帧率的紧凑激光吸收光谱层析成像系统》(a compact laserabsorption spectroscopy tomographic system with short spectral scanning timeand adjustable frame rate)中将多角度激光扇形束投影与las相结合，研制了小型化可变帧率的las层析成像系统，实现了火焰二维温度场和气体浓度分布的高精度定量重建，相关成果应用于对冲燃烧器、旋流火焰、高温风洞出口、航空发动机尾喷口等的测量。但是tdlas技术难以克服的缺点在于可调谐二极管激光器属于单频激光器，并且它的扫描范围极小，单台激光器往往只能测量气体吸收光谱的一条谱线，当气体环境中存在多种未知组分时需要更换激光器重复测量，会加剧成本和系统的复杂程度。
5、光学频率梳(optical frequency comb，ofc)作为一种新型光源，具有诸多优异的性能。首先，光频梳具有极宽的光谱范围，覆盖数十至百纳米宽度的光谱，实际测量中通过更换不同波段的光学滤波器实现多个谱段的探测；其次，光频梳的时域脉冲宽度可达到飞秒量级，为精密光谱的探测提供本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于数字频率锁定双光梳系统的气体温度测量方法。系统包括两台光频梳激光器、原子钟、数字频率锁定模块、两个光纤滤波器、二分二光纤耦合器、两个准直镜、两个光电探测器、多通道高速数据采集卡和上位机等构成；首先通过频率锁定模块对两台光频梳激光器的输出频率进行控制，使其成为功率稳定的光频梳光源，两台光频梳的输出先通过光纤滤波器滤波后进入二分二耦合器进行干涉，输出的干涉信号经准直镜入射为空间光并分为参考和测量两路，测量路经过待测气体对象，参考路经过与待测路长度相等的空气路径后，分别被两个光电探测器转化为电信号，并使用双通道高速数据采集卡对其进行采样，在上位机数据处理过程中，先通过希尔伯特变换修正干涉信号，提高吸收光谱分辨率，再通过一种光谱加权拟合的温度解算方法重建待测气体的温度。
2.按照权利要求1中所述的一种基于数字频率锁定双光梳系统的气体温度测量方法，其特征在于使用FPGA和高速AD/DA芯片实现了双光梳系统的重频偏频锁定，将光频梳的输出频率锁定在原子钟上，具体实现过程包括：
3.按照权利要求1中所述的一种基于数字频率锁定双光梳系统的气体温度测量方法，其特征
...【技术特征摘要】
1.一种基于数字频率锁定双光梳系统的气体温度测量方法。系统包括两台光频梳激光器、原子钟、数字频率锁定模块、两个光纤滤波器、二分二光纤耦合器、两个准直镜、两个光电探测器、多通道高速数据采集卡和上位机等构成；首先通过频率锁定模块对两台光频梳激光器的输出频率进行控制，使其成为功率稳定的光频梳光源，两台光频梳的输出先通过光纤滤波器滤波后进入二分二耦合器进行干涉，输出的干涉信号经准直镜入射为空间光并分为参考和测量两路，测量路经过待测气体对象，参考路经过与待测路长度相等的空气路径后，分别被两个光电探测器转化为电信号，并使用双通道高速数据采集卡对其进行采样，在上...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹章，李微卿，徐立军，张晓倩，罗家豪，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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