[发明专利]激光吸收光谱断层重建光线分布优化方法及系统

说明书

本发明公开了一种激光吸收光谱断层重建光线分布优化方法及系统，该方法包括：根据安装的探头组合生成的光线穿过被测区域的离散网格的长度，建立光线系数矩阵；选取谱线参数，设置气体参数初始分布，结合光线系数矩阵，计算每条光线的投影值；对被测区域的温度和组分浓度进行二维重建；计算重建误差及标准差；采用混合粒子群算法，根据重建误差和标准差评估重建效果，判断最佳光线分布。该系统包括光线矩阵生成模块、被测区域重建模块和光线分布优化模块。本发明提高了光线利用效率，同等探头设置条件下重建结果得到改进。

技术领域

本发明涉及一种固定探头位置的激光吸收光谱断层重建光线分布优化方法及系统，属于光学流场诊断领域中可调谐二极管激光吸收光谱技术和计算机断层扫描重建技术的结合。

背景技术

可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS,Tunable Diode Laser AbsorptionSpectroscopy)是利用气体分子的跃迁频率与穿过激光的频率相同时，分子吸收激光能量的原理，通过测量入射光与透射光的光强比值，确定气体温度、组分浓度等参数的气体性质测量技术。TDLAS技术测量的结果是其光线穿过区域的路径积分平均结果，也称视线测量结果，对于气体变化梯度较大的流场，其测量结果将失去意义。结合计算机断层扫描重建技术，通过在不同位置、角度的视线测量，利用反演算法可实现对流场的二维分布，从而解决非均匀流场的测量问题。

在实际的流场测量中，由于应用平台的空间限制以及被测对象的时变性，无法在测量平台上安装大量的探头装置，也不能通过旋转、平移的方式增加流场内探测光线的数量。因此，在有限的探头安装条件下，合理、高效的设计光线分布，提高光线的利用效率，对提高流场重建测量的准确性有着重要的意义。

但是在部分发动机平台的应用中，受到空间限制，可布置的光线数量非常少，采用的光线布局多为平行光或扇形光等规则性分布，其光线利用效率不如非规则光线分布高。现有的非规则光线分布并没有考虑测量探头的尺寸，测量法兰需要专门设计，对工艺要求高，坏损维修难度大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供了一种激光吸收光谱断层重建光线分布优化方法及系统，该方法及系统提高了光线利用效率，同等探头设置条件下重建结果得到改进。在探头安装情况相同时，采用本发明的方法对光线分布进行优化，可以提高光线的利用效率，相比于其他的光线分布，可以有效提高被测区域的断层重建测量结果。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种固定探头位置的激光吸收光谱断层重建光线分布优化方法，包括以下步骤：

S1：根据被测区域中安装的探头组合生成的光线穿过被测区域的离散网格的长度，建立光线系数矩阵；

S2：根据被测区域的气体参数的分布范围选取谱线参数，根据实际燃烧场的气体参数分布规律设置气体参数初始分布，结合光线系数矩阵，计算每条光线的投影值；利用代数迭代算法对被测区域的温度和组分浓度进行二维重建；根据重建结果与气体参数初始分布进行比较，计算重建误差及标准差；

S3：采用混合粒子群算法，根据重建误差和标准差评估重建效果，判断最佳光线分布。

作为本发明的方法的进一步改进：

优选地，步骤S1包括：将被测区中安装的探头进行编号，将编号后的探头每两个为一组合转换为对应的光线，将被测区域离散为若干个网格区域，计算所有光线穿过每个网格区域的长度，建立光线系数矩阵。

优选地，步骤S3中“根据重建误差和标准差评估重建效果”包括：评估当前探头组合群体的重建效果，找出重建误差最小的探头组合个体作为当前最优探头组合个体，对比当前最优探头组合个体的重建误差与历史最优探头组合个体的重建误差，若当前最优探头组合个体的重建误差更小，则以当前最优探头组合个体替换历史最优探头组合个体的记录；反之则保持历史最优探头组合个体的记录不变。