基于光闪烁法的烟气流速反演和路径加权函数的分析

为了对工业管道排放的污染气体的流速进行连续监测,设计了一种双路平行对射式烟气流速测量系统,并对基于光闪烁法测量烟气流速的相关理论进行了研究.利用相位屏技术对湍流介质中的光闪烁现象进行了理论分析,得到了用于工业管道烟气流速反演的光闪烁互相关的表达式.对烟气流速反演过程中平均流速的路径加权问题进行了探讨,给出了路径加权函数,数值模拟表明路径加权函数具有近似高斯线型的轴对称分布特性,反映出管道中心流速对于平均流速的较大贡献.在此基础上,分析了光源光谱对路径权重函数的影响,实验证明由于光源光谱具有一定的带宽,使得路径加权函数值有一定的变化,但加权函数的分布形状保持不变.对于平均流速的路径加权函数的分析为计算工业管道中烟气流速的空间分布提供了依据.     

基于光闪烁法的烟气流速反演和路径加权函数的分析

为了对工业管道排放的污染气体的流速进行连续监测,设计了一种双路平行对射式烟气流速测量系统,并对基于光闪烁法测量烟气流速的相关理论进行了研究.利用相位屏技术对湍流介质中的光闪烁现象进行了理论分析,得到了用于工业管道烟气流速反演的光闪烁互相关的表达式.对烟气流速反演过程中平均流速的路径加权问题进行了探讨,给出了路径加权函数,数值模拟表明路径加权函数具有近似高斯线型的轴对称分布特性,反映出管道中心流速对于平均流速的较大贡献.在此基础上,分析了光源光谱对路径权重函数的影响,实验证明由于光源光谱具有一定的带宽,使得路径加权函数值有一定的变化,但加权函数的分布形状保持不变.对于平均流速的路径加权函数的分析为计算工业管道中烟气流速的空间分布提供了依据.     

光学信号互相关法烟气流速测量的研究

工业环境中的烟气流速测量是一个很重要的问题。研究了利用抗干扰能力强、能适应恶劣环境的非介入式的光学信号互相关技术测量烟气流速。利用光学传感器获取由烟气造成的光学闪烁信号,通过高性能数据采集卡进行数据采集和A/D转换,在计算机上编制软件,对由烟气造成的光学闪烁信号进行了互相关处理,求得了烟气流经上游和下游传感器的渡越时间,从而计算出了烟气流速值。通过风洞实验,比较了该方法与传统的皮托管法的测量结果,分析了流速反演方法存在的问题及解决方法。在此基础上获得了较为满意的结果。     

基于 LabVIEW 的烟气流速数据处理方法研究

为研究光闪烁法测量烟气流速的数据处理方法,基于LabVIEW平台开发了数据处理软件。将程序用于烟气流速的数据处理,并将滤波结果和互相关计算结果分别与O rigin的数据处理结果进行了对比。结果表明：通过设置滤波器参量,本程序可以很好的从带有复杂噪声的实验数据中提取出有效信号,由此计算出的烟气流速值在4～10 m之间,介于烟气流速的合理范围内。利用本程序还可以实现烟气流速实验数据的批处理。     

铋纳米薄膜相干光学声子研究

利用共轴双色飞秒激光泵浦-探测技术测量了铋(Bi)纳米薄膜的相干光学声子。采用自相关技术测量得到探测光的脉宽约为45 fs,用探测光和泵浦光的互相关信号得到泵浦光经过脉冲整形以后的脉宽约为250 fs,进而测量得到Bi纳米薄膜的对称振动模频率为2.86 THz,与自发Raman光谱的结果吻合。采用指数衰减函数与互相关信号的卷积拟合延迟时间在10 ps以内的差分反射信号,确定了相干光学声子振幅衰减的特征时间约为2.6 ps,与电子衰减特征时间相近,却远小于晶格加热的特征时间,从而为进一步揭示材料内部载流子与声子的相互作用提供了依据。     

Shack-Hartmann波前传感器用于闪烁和相位起伏效应的同时测量

将每一个子孔径及相应的CCD面元作为一个光强探测系统,可以将Shack-Hartmann波前传感器用于湍流大气闪烁效应的测量.分析了该测量方法的基本原理,并结合其波前探测的功能.在近地面水平1km的湍流大气中,同时进行了闪烁和相位起伏的实验研究.将闪烁测量得到的Cn2与大口径闪烁仪测量的结果进行对比,发现两者的相关系数达0.838,验证了Shack-Hartmann波前传感器用于闪烁效应测量的可靠性.对闪烁和相位起伏效应得到的Cn2的日变化进行了对比.结果表明,两者在变化趋势上具有较好的一致性;采用双对数坐标对两种结果进行相关性分析,发现两者的相关系数达0.798.这表明将Shack-Hartmann波前传感器用于闪烁和相位起伏效应的同时测量是可行的,拓展了该传感器的使用功能.     

双孔差分闪烁法测量大气湍流的理论与实验研究

根据cross-path理论, 推导出弱起伏条件下差分孔径光强起伏结构函数的精确表达式, 以此为依据, 从理论上提出测量大气湍流强度的双孔差分闪烁法. 在Kolmogorov湍流谱条件下, 分析了信标光直径和信标光高度对该方法中路径权重函数的影响. 在近地面开展了2 km路径的水平光单程传输实验, 将双孔差分闪烁法和单孔闪烁法的测量结果进行了对比. 实验结果表明: 在不同的天气条件和大气湍流状况下, 两种方法测量的折射率结构常数具有高度的一致性; 通过对折射率结构常数积分得到的球面波大气相干长度进行相关性分析, 发现两者的线性相关系数达0.96; 由此验证了双孔差分闪烁法的可行性和有效性. 该方法能够分离出主动信标双程传输的后向闪烁信息, 为主动信标准确探测大气湍流提供了一种新方法.     

小流量高浓度颗粒物光学计数及重叠校正方法研究

传统的光学粒子计数方法受到粒子回波脉冲带宽限制,难以直接应用于超细颗粒物凝结增长后端的颗粒物数量检测。基于粒子光散射原理,采用高带宽粒子回波脉冲方案设计了颗粒物光学计数模块,在0.3L·min^-1采样流量下,15μm标准聚苯乙烯颗粒回波脉冲半宽为650ns,粒子计数效率得到有效提高。为了提高颗粒数浓度测量上限与精度,基于概率统计提出了粒子重叠校正方法,利用此方法颗粒物数浓度测量上限可达2×10⁵ cm^-3。在自制的正丁醇超细颗粒物凝结增长装置中开展了对比实验。结果表明,该系统与环境空气数浓度测量设备TSI-3788和Airmous-A20的相关性均超过0.98,与机动车尾气固态颗粒物数浓度法规测量设备MEXA-200SPCS的相关性高达0.96,从而验证了所设计的颗粒物光学计数模块及重叠校正方法的准确性。     

飞秒脉冲非对称互相关绝对测距

光学频率梳是一种重复频率与偏置频率锁定的新型光源,在频域上为频率间隔稳定的频率梳齿,在时域上为相对距离稳定的飞秒脉冲激光.光学频率梳在测距中的应用广泛,能够实现远距离高精度的测量.本实验使用飞秒激光脉冲作为光源,基于谐振腔扫描光学采样测距原理得到非对称的互相关干涉条纹,实现了远距离高精度的绝对测距.非对称互相关条纹可通过色散补偿与调节光学频率梳的重复频率得到,并通过得到的非对称的互相关干涉条纹对测距结果进行补偿.实验结果表明测距系统能够实现在50 m范围内误差为2 μm的绝对测距,测量相对误差为1.9×10^-7.     

采用投影光学估计弱起伏条件下的大气闪烁指数

在远场散斑投影成像系统上整合大气闪烁指数测量功能,有助于全面分析激光大气传输特性及其对光电系统性能的影响。但是在大口径接收时,大气闪烁会因孔径平滑效应而变得微弱,光源稳定性引起的强度起伏会更为明显。针对这一问题,基于光源强度起伏和大气闪烁的乘性调制假设,建立了考虑光源强度起伏的大气闪烁指数的测量模型。利用光源强度起伏不随孔径变化而大气闪烁随孔径变化这一差异性,通过投影光学在同一时刻测量两个不同接收孔径上的光强闪烁,结合弱起伏条件下的孔径平滑因子来求解测量模型,从而分别估计大气闪烁指数和光源强度闪烁指数。实验结果表明,在孔径0.05m至0.4m之间,实测值和理论估计值的最大相对误差小于9.685%,理论模型与实验符合度较高。采用该方法可以在投影光学上实现弱起伏条件下的大气闪烁指数估计。     

兰州地区夜间光强起伏特性实验

在兰州地区夜间进行了链路长为610m的激光传输实验,研究了晴、阴、沙尘、雨夹雪天气下光强起伏的统计特性.采用闪烁法测量了不同天气下的大气折射率结构常数C_n~2,分析其最大值、最小值、均值和标准差,得到实验期间C_n~2值的范围为1.06×10~(-15) m~(-2/3)~1.05×10~(-13) m~(-2/3),均属于中等湍流;而且晴天和雨夹雪天气下C_n~2值以及起伏程度均大于阴天和沙尘天的值.同时,利用实测光强值分析了Rytov方差,结果表明:晴、雨夹雪、沙尘天气下光强起伏大部分时间属于弱起伏,有小部分时间跨入中等起伏区,而阴天下光强起伏均属于弱起伏,且晴天和雨夹雪天气下光强起伏大于阴天和沙尘天.通过对光强频数分布进行对数正态、Gamma-Gamma和指数威布尔非线性拟合,不同天气下光强起伏概率分布最为接近指数威布尔分布,其拟合优度均大于0.989 95,而在弱到中等起伏区,Gamma-Gamma分布拟合效果优于对数正态分布.     

P型半导体氧化锌薄膜的Raman光谱研究

本文主要对超声喷雾热解方法生长在本征Si衬底上的N－In共掺的p型ZnO薄膜的Raman光谱进行了研究。通过洛仑兹(Lorentz)模型和等离子激元与纵光学声子耦合模理论模型拟合不同浓度下的室温Raman光谱, 我们对样品的Raman峰进行了指认; 同时也得到了样品的空穴浓度和迁移率, 结果和霍耳测量得到的空穴浓度和迁移率符合的较好, 证明了霍耳测量p型ZnO薄膜得到的电学参数是可信的。随后我们又对不同浓度的p型ZnO薄膜的变温Raman光谱进行研究,运用一个详细的模型(考虑了晶格热膨胀、残余应力、和三声子、四声子衰变)描述不同浓度下各个样品Raman光谱中的等离子激元与纵光学声子耦合模随温度变化的情况。分析拟合参数, 可以清楚地了解随着浓度的增加耦合模参数随温度的衰变行为。     

基于差分吸收光谱法的大气痕量气体在线检测技术

差分光学吸收光谱学技术（Differential Optical Absorption Spectroscopy,DOAS）是近年来发展起来的一种实时检测大气中痕量气体浓度的有效方法,它采用线性最小二乘拟合方法,用痕量气体标准差分吸收截面对测量得到的差分吸收光谱进行拟合,得出大气中痕量气体的浓度。通过介绍DOAS方法的测量原理,在线监测系统的构成,气体浓度的反演方法,测量结果及讨论等内容,说明它在空气质量监测方面的优越性。     

激光诱导炽光法与消光法诊断烧蚀羽烟消光性能

为了研究流场中碳纤维增强环氧树脂复合材料在激光辐照时产生的烧蚀羽烟对入射激光的屏蔽效应,通过对朗伯-比尔定律进行分析,得到了评价羽烟消光性能的平均质量消光系数的表达式,其与羽烟场浓度和激光透过率相关。采用激光诱导炽光法(LII)和激光消光法,搭建了羽烟消光性能联合诊断实验平台,使待测激光落于LII的激发光平面上,通过同步采集待测激光的透过率和LII信号,获得激发光平面上羽烟浓度场和激光消光比,得到羽烟在不同气流速度下的平均质量消光系数。实验得到气流速度为7,10,20m/s时羽烟对1064nm激光的归一化质量消光系数分别为2.51,1.08,1.00。实验发现,质量消光系数受到气流速度影响,当气流速度较低时质量消光系数曲线波动幅度大,且曲线均值较大;当气流速度较高时质量消光系数趋于稳定且均值较小。     

大气颗粒物近前向光散射特性研究EI北大核心CSCD

为了考察大气颗粒物近前向光散射特性及其在粉尘质量浓度测量中的应用,建立了大气颗粒物近前向散射光测量实验装置,通过单分散和多分散颗粒物样本的实验测量和基于米散射理论的颗粒物光散射计算,得到颗粒物近前向散射光强度与粒径及分布宽度的关系,结果表明该装置可用于测量环境大气气溶胶质量浓度。通过已知参数的单分散气溶胶样品测量,借助米散射理论计算,可以获得较为准确的响应度数值,并估计测量实际大气颗粒物的误差范围。采用亚利桑那超细标准粉尘进行质量浓度定标,测量城区自然环境颗粒物的粉尘质量浓度,需要约2.5倍的修正。     

消光起伏自相关频谱法颗粒测量技术

消光起伏相关频谱法(TFCS)是一种新的颗粒测量方法。采用一束窄光束照射两相流系统,照射区中颗粒浓度的起伏所导致的透射光起伏信号中包含了颗粒的粒径和浓度信息,对光束的透过率信号作相关处理得到消光起伏相关频谱,可用来同时测量两相流中颗粒的粒径分布和体积浓度。由于在测量原理和结构上非常简单,这种方法可用来实现在线、实时测量。本文介绍消光起伏自相关频谱的测量原理,并给出部分实测结果。     

大气颗粒物近前向光散射特性研究

为了考察大气颗粒物近前向光散射特性及其在粉尘质量浓度测量中的应用,建立了大气颗粒物近前向散射光测量实验装置,通过单分散和多分散颗粒物样本的实验测量和基于米散射理论的颗粒物光散射计算,得到颗粒物近前向散射光强度与粒径及分布宽度的关系,结果表明该装置可用于测量环境大气气溶胶质量浓度。通过已知参数的单分散气溶胶样品测量,借助米散射理论计算,可以获得较为准确的响应度数值,并估计测量实际大气颗粒物的误差范围。采用亚利桑那超细标准粉尘进行质量浓度定标,测量城区自然环境颗粒物的粉尘质量浓度,需要约2.5倍的修正。     

颗粒物与气体浓度同步测量方法研究

针对燃煤电厂颗粒物超低浓度排放在线检测的需求,在激光散射法的基础上提出了利用光强调制技术的颗粒物浓度在线测量方法。结合波长调制技术提出了气体与颗粒物浓度同步测量的方法,同时建立了波长调制下散射光信号的数学模型。理论分析及仿真结果表明:气体浓度与归一化二次谐波幅值的峰值成正比,颗粒物浓度与消除气体吸收后的散射光信号的一次谐波幅值成正比。利用1392 nm的近红外激光器对蚊香燃烧时产生的颗粒物与水蒸气浓度进行同步测量。实验结果表明:测量的水蒸气浓度值与温湿度传感器测量值之间的偏差小于3%,颗粒物浓度的特征值与粉尘仪测量值具有高度线性关系,拟合因子为0.9973,实现了基于波长调制技术的颗粒物与气体浓度的同步测量。     

互相关法在光纤液滴指纹图分析中的应用

为了实现光纤液滴指纹图的实时分析,引进了互相关分析法.在对乙醇溶液测量的过程中,将50％浓度的乙醇溶液对应的光纤液滴指纹图作为参考指纹图,然后将测得的光纤液滴指纹图与参考指纹图进行互相关,得到光纤液滴指纹图的相关曲线,从中提取与液体参量有关的各种信息.利用互相关分析法对各种浓度的乙醇溶液进行了处理,得出了相关峰高度与浓度的单调关系,验证了互相关法的可行性.     

脉冲波在空间等离子体介质中传播的矩分析及其应用

根据随机介质波传播理论，开展脉冲波在星际空间等离子体介质中的传播特性的分析方法研究.在强起伏条件下，推导双频互相关函数的二阶矩和四阶矩方程，利用不同电子密度模型，计算双频衍射强度相关函数和闪烁指数，并应用到闪烁的动态谱观测和相关分析中，得到自相关图谱、相关带宽和相关时间等闪烁特征参数，为脉冲在等离子体中的传输特性的分析，提供必要的理论基础.