莫尔CT光路的双光栅旋转机构设计与装调研究(2)
1.2 复杂流场的光学测量方法利用光学方法对流场进行诊断，可以在不干扰待测流场的前提下实现对流场各种参数的实时瞬态测量。本节主要介绍光学散射法、光谱法和透射法三种主要的复杂流场的光学测量方法。
1.2.1 光学散射法光学散射测量法是基于被测流场中的粒子对入射激光的散射原理而形成的一种对流场进行诊断测量的方法。主要包括激光多普勒测速法、瑞利散射法以及拉曼散射法。其中的激光多普勒测速法是以粒子对入射激光的散射现象为基础，利用散射光并结合多普勒效应计算分析得到流场的速度信息的一种流场检测方法，主要应用于测量流场的速度场分布[9]，分析物质燃烧过程[10]和对风速进行测量[3]等。激光多普勒测速法具有不需要进行流动场预先校正、实时响应率高等优点，但是存在对空间中局部单个点进行测量的局限性，而且通常情况下只能测量流场的速度信息。瑞利散射法主要原理是通过分析测量与待测场进行作用后的散射光来获取待测场中各种物质的相关信息， 主要应用于对超音速流场的密度测量[11]， 燃烧火焰的温度、 粒子密度测量[12]等。由于瑞利散射容易受到其他杂散光的影响，因此其在流场诊断中的应用不是特别广泛。拉曼散射法的分辨率相较于瑞利散射法要高。拉曼散射法主要应用于进行物质燃烧诊断[13]以及发动机尾部火焰的温度与成分浓度测量[14]。总的来说，尽管光学散射法已经在流场测量中发挥了重大的作用，但是由于其存在装置成本高，不能实现全场三文显示的缺点，因此在实际流场测量中使用光学散射方法还是存在诸多局限性。
1.2.2 光谱法光谱法主要是通过分析待测场的光谱信息，对流场中的各个粒子的浓度、温度等各种参量进行测量。光谱法主要包括辐射测量法、原子光谱法和激光诱导荧光光谱法三种。辐射测量法是一种利用待测流场本身的辐射光谱信息，从而分析获得流场参数分布的流场测量方法。由于辐射测量法主要用于对流场温度信息的测量，因此其又可以称为辐射测温法。辐射测量法具有实验设备简单，实时响应率高，容易实现和适应性强等优点，但是辐射测量法在实际应用中也存在一定的缺陷，其最主要的缺点就是被测对象的材料发射率和通过辐射测量法测量得到的温度值直接相关，而被测对象的材料发射率在测量之前本身就是未知的，是需要被测量的量，因此，测量待测流场的真实温度就显得非常困难[15]。除此之外，在利用辐射测量法对温度进行测量时，温度场的测量精度会受到待测流场中粒子的吸收作用以及反射作用的影响，导致测量精度下降[16]。原子光谱法包括原子发射光谱法与原子吸收光谱法，该方法通过分别分析流场中原子的发射光谱和吸收光谱，从而对流场的粒子浓度、温度等信息进行测量。原子发射光谱法具有速度快、可同时测量多种元素的优点，但由于实际测量流场时某些光谱常数难以准确地确定，因此发射光谱法不适于对流场进行定量测量，更适用于进行定性的测量。原子吸收光谱法具有灵敏度高、测量精度高、抗干扰能力强等优点，但是也存在许多不足之处：首先，由于每次测定一种元素就需要对应一种相应的外置光源，因此不能实现对多种元素进行同步分析；其次，在实际应用中会存在谱线加宽的现象[17],给后期数据分析处理造成不便；最后，对于组成成分复杂的流场，还需要考虑解决谱线之间存在的相互干扰的问题[18]。激光诱导荧光光谱法是指通过分析检测待测场中特定粒子的荧光光谱来测量待测场的一种方法。该方法可以对气体流场的成份浓度[19]、等离子体[20]、燃烧场的温度[21]等进行测量，并且还可以对待测场燃烧的具体生成物进行检测[22]。激光诱导荧光光谱法具有比较高的空间分辨率和时间分辨率、灵敏度也比较高[22]，但是测量精度在随流场中粒子相数的增加而降低[23]。除此之外，与原子光谱法所面临的问题相同，当流场组成成分比较复杂时，激光与物质作用过程中所产生的不同谱线之间会发生相互干扰现象， 进而对测量的精度造成很大的影响。