1。2。2 发射和吸收光谱法

不同粒子在激发状态下会辐射特定波长的电磁波，根据辐射的电磁波可以对粒子元素进行定性、定量的分析，这种方法称为原子发射光谱法。早在1861年，Kirchhoff G R[12]、Bimsen R W第一次在加热的盐溶液的特征光谱中发现了Rb与Cs两种元素[[[12]Kirchhoff G, Bunsen R。 Chemische analyse durch spectralbeobachtungen[J]。 Justus Liebigs Annalen der Chemie, 1861, 118(3): 349-361。]]，这使得原子发射光谱为大家所重视。此后，该方法持续发展，被普遍用在气态流场的温度分布、火焰场粒子温度和等离子体流场的诊断和测量中。Anouar Souani基于傅里叶变换对发射光谱法进行了专门的研究，也指出该方法不适合实时测量[[[13]Soufiani A, Martin J P, Rolon J C, et al。 Sensitivity of temperature and concentration measurements in hot gases from FTIR emission spectroscopy[J]。 Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2002, 73(2): 317-327。]]。而由于一些光谱常数无法精确获得，所以发射光谱法更多地用于对流场的定性分析中。

原子吸收光谱法是基于不同物质原子对特定频率光辐射的吸收，根据吸收谱线来进行元素定量分析的方法。该方法已成功用于燃烧产物测量[[[14]方曦,张玉钧,刘文清,王晓梅,夏慧,阚瑞峰,王铁栋,王敏,陈玖英,陈东。 近红外激光吸收光谱测量火焰中CO_2气体浓度[J]。 大气与环境光学学报,2007,01:64-67。]]、火焰温度测量和等离子体流场检测[[[15]McWilliams R, Edrich D。 Laser-induced fluorescence diagnosis of plasma processing sources[J]。 Thin solid films, 2003, 435(1): 1-4。]]等，其精度高、灵敏度高及抗高温等特点在流场诊断中具有很大优势。但在实际中产生的谱线加宽[[[16]Kasyutich V L, Martin P A, Holdsworth R J。 Effect of broadband amplified spontaneous emission on absorption measurements in phase-shift off-axis cavity enhanced absorption spectroscopy[J]。 Chemical physics letters, 2006, 430(4): 429-434。]]和谱线之间的相互干扰[[[17]El-Gohary Z。 Theoretical and experimental treatment of the spectral interferences in atomic absorption spectroscopy[J]。 Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2002, 75(3): 389-396。]]等现象使得其应用也受到限制。

1。2。3 折射率法

折射率法是基于被测场在各种不同物理参数下的折射率会相应产生不均匀变化的现象，通过对被测场中折射率分布的测量，再根据各物理参数与折射率之间的关系，从而获得所需物理量的方法。该方法包括纹影法和阴影法、干涉法和莫尔偏折法。

阴影法和纹影法用于对流场的定性测量。当平行光束透过待测场时，由于待测场中折射率分布的不均匀使得光出射后发生偏折，在观察屏上获得明暗不均的图像。阴影法装置简单，根据偏折光线能否到达可以区分出亮区和暗区，偏折后的光线的位移量则反映出了折射率的二阶偏导的变化，这对于折射率梯度变化大的流场的检测效果更好，可以定性显示流场的阵面形状[[[18]热物理激光测试技术[M]。 科学出版社, 1990。]]。纹影法通过刀口遮挡成像光斑，在观察屏上得到不同条纹投影图，测量投影图的对比度来获取折射率的分布信息，它是根据偏折光线的偏折角反映出折射率的一阶导数变化。纹影法装置同样简单，成本低，但也适应于定性分析，无法得到精确的定量结果。

干涉法和莫尔偏折法则用于对被测场的定量测量。干涉法从光波的叠加原理出发，对两束相干光产生的条纹投影图进行处理[[[19]贺安之,阎大鹏。 激光瞬态干涉度量学[M]。 机械工业出版社, 1993。]]，以得到被测场的相位信息，同时反映折射率本身的变化。该方法可得到精确的定量数据，但其成本高、干涉系统安装复杂。莫尔偏折法是在被测场后放置两个相同的Ronch光栅，且两个光栅间成微小夹角，使得光束通过后生成带有被测场信息的莫尔条纹图[[[20]Kafri O。 Noncoherent method for mapping phase objects[J]。 Optics letters, 1980, 5(12): 555-557。]]。莫尔条纹图可反映待测场内折射率分布的一阶导数，与干涉法相比，有着更广泛的适应范围和对装置环境更低的要求。这两种方法通过对条纹图的处理均能获得对流场定量的诊断。