基于气体自发瑞利—布里渊频谱的温度测量

论文摘要

大气是人类必不可少的生存环境,而大气温度是大气科学研究中重要的气象参量之一。随着大气探测技术的迅速发展,瑞利-布里渊散射（RBS）激光探测技术成为一种重要的非侵入式测量手段,成功应用于气象、海洋和地质各个领域。并且基于RBS探测技术有希望作为一种温度诊断技术,对现代航空发动机燃烧室以及尾焰温度的精准测量存在重要意义。论文首先基于S6模型分别仿真了温度为298 K条件下,压强变化对气体自发RBS谱线的影响,以及压强为3 atm条件下,温度变化对RBS谱线的影响。仿真研究结果表明,压强主要影响布里渊峰和瑞利峰的强度,而温度主要影响的是布里渊频移的大小。并利用设计的气体自发RBS探测系统测得的温度为296 K,压强为1-8 atm条件下的侧向90?氮气自发RBS谱线,研究了压强对RBS谱线的影响。实验结果表明基于RBS谱线的压强反演是可行的,以及S6模型能够较好的描述自发RBS谱线。其次,通过仿真研究了温度为298 K,压强在0.2-8 atm下的法布里珀罗干涉仪（FPI）的仪器函数线宽、散射光与入射光之间的散射角、气体体黏滞系数和气体压强参数的误差,以及存在气溶胶时米散射的干扰对温度反演结果的影响。此外,开展了温度为298 K,0.7-7 atm压强范围内的侧向90°的氮气RBS实验,经参数优化后对温度进行反演。结果表明,实验结果与仿真分析结论具有较好的一致性。该研究对实现不同压强条件下温度的高精度绝对探测以及准确的分析气体状态具有重要的参考意义。最后,将V3、G3模型与基于S6模型建立的温度为298 K,压强为1-8 atm条件下仿真的自发RBS谱线进行对比分析。并测量了不同温度（292-298 K）,不同压强（4-7 atm）条件下存在米散射的氮气自发RBS谱线,通过利用S6、V3和G3模型分别对测量得到的谱线进行拟合,获得温度信息。V3和G3模型可直接获得布里渊频移,但温度反演的准确性较低。然而,基于S6模型反演温度需已知压强参数。因此,V3和G3模型更适用于未知环境压力的温度反演。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 本文的主要内容及创新点
• 第2章 基础理论与模型建立
•   2.1 散射理论
•     2.1.1 瑞利散射理论
•     2.1.2 布里渊散射理论
•     2.1.3 自发RBS理论
•   2.2 理论模型
•     2.2.1 S6 模型
•     2.2.2 V3和G3 模型
•   2.3 本章小结
• 第3章 基于气体自发RBS的探测系统与装置
•   3.1 气体自发RBS探测系统
•   3.2 气体自发RBS实验装置
•     3.2.1 气体散射发生装置的设计
•     3.2.2 压力控制系统
•     3.2.3 温度控制系统
•     3.2.4 激光发射装置
•     3.2.5 鉴频系统
•     3.2.6 探测装置
•   3.3 本章小结
• 第4章 基于S6 模型的RBS谱线研究
•   4.1 不同压强和温度下的RBS仿真研究
•   4.2 基于S6 模型的实验研究
•   4.3 本章小结
• 第5章 相关参数误差对温度反演的影响
•   5.1 基于S6 模型的相关参数误差的仿真研究
•     5.1.1 仪器函数线宽
•     5.1.2 散射角
•     5.1.3 体黏滞系数
•     5.1.4 压强
•     5.1.5 米散射强度
•   5.2 基于测量的RBS谱线的不同参数误差的仿真验证
•   5.3 本章小结
• 第6章 S6、V3和G3 模型温度反演准确性研究
•   6.1 V3、G3 模型与基于S6 模型的仿真谱对比分析
•   6.2 基于测量RBS谱线的S6、V3和G3 模型的温度反演
•   6.3 本章小结
• 第7章 总结与展望
•   7.1 论文总结
•   7.2 工作展望
• 参考文献
• 读研期间参与课题、发表论文及申请专利情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨传音

导师: 吴涛

关键词: 瑞利布里渊,温度,模型

来源: 南昌航空大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 南昌航空大学

分类号: O551.2

总页数: 85

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