基于莫尔测量技术的可压缩流场关键参数诊断研究

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莫尔测量技术因具有实时、稳定和非接触等的优点,被广泛应用于各类流场的结构显示和关键参数(密度、温度等)测量中。然而,没有合适且方便的模型来描述尘埃等离子体流场折射率和关键参数之间的依赖关系,这使得莫尔测量技术在此类流场中的应用受限。同时,在流场的实时检测中,莫尔条纹包含大量数据点,导致在条纹信息提取过程中花费大量时间。此外,为了进一步拓展莫尔测量技术的应用领域,我们尝试着用它来测量大气参数。本文围绕上述问题展开研究,主要工作如下:1.推导了一种简化的尘埃等离子体折射率模型,为通过莫尔测量技术诊断并重建此类流场的关键参数提供了理论依据。通过理论和精度验证表明,在可见光和红外区域,尘埃粒子的简化贡献与理论贡献的相对误差在1.2%以内,证明了简化模型的合理性。并通过已报道尘埃等离子体特征参数进行验证,在给定的参数范围内,简化折射率模型与原始折射率的相对误差在0.3%以下。最终,讨论了简化折射率模型在此类流场参数测量中的潜在应用。2.采用多分辨率分析(Multi-resolution analysis,MRA)方法对莫尔条纹进行预处理,减少数据点的数量,提高条纹信息提取的速率。为了讨论该方法的适用性,以蜡烛燃烧流场为例进行了实验。首先,选择了MRA三种不同的小波对莫尔条纹采取一级、二级和三级的近似处理。然后,对三个级次的低频近似分量和原始条纹进行相位信息提取和折射率重建。最后,相关结果证明,如果应用合适的近似水平,在相对误差能够接受的范围内,MRA方法对莫尔条纹的预处理可大大减少莫尔条纹相位信息提取和折射率重建所需的时间。3.考虑到莫尔测量技术的基本原理和广泛应用,本文尝试将其移植到大气的相关参数的测量中。首先,建立起大气粒子数密度与折射率波动之间的依赖关系,为利用莫尔测量法获得大气粒子数密度波动分布提供理论依据,并通过实验证明莫尔测量技术可以很好地用于大气参数的测量。然后,进一步尝试将其引入到风速的测量中,基于莫尔条纹放大作用的原理,把光栅微小的位移与风压联系起来,探究了一种可行的测量风速的方法。总之,相关研究为探索大气对光学探测和通信的影响提供一定的参考。
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