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基于吸收光谱波长调制技术的高速流场温度测量系统研究
摘要：
本研究针对高速流场温度测量技术进行了探究，提出了一种基于吸收光谱波长调制技术的测量系统，该系统具备高准确度和稳定性，并且具备较快的响应速度。本文详细介绍了该测量系统的设计、原理和实验结果，验证了该系统的可行性和效果。
关键词：高速流场，温度测量，吸收光谱，波长调制技术
引言：
高速流场的温度测量是航空航天、火箭发动机等许多领域中的重要研究方向。传统的测量方法往往受到许多因素的影响，如干扰光线、难以固定等。因此，研究一种可靠、准确、灵敏的高速流场温度测量技术具有较高的实用价值。
吸收光谱波长调制技术是一种基于光学谱线吸收过程的温度测量方法，由于具有高灵敏度和大动态范围等优点，因此被广泛应用于高速气体流场温度测量中。本研究针对该技术发展了一种新型高速流场温度测量系统，其可实现对于高速气体流场的温度测量。下述内容将详细介绍该系统的设计、原理和实验验证结果。
设计：
本研究提出的温度测量系统基于吸收光谱波长调制技术，可测试高速流场中的温度。整个系统由光源、样品室、光学器件、探测器等组成，其中光束由光源产生，经过样品室后射向光学器件，通过空谐振腔等实现光谱波长调制。
光源采用窄带二极管激光器，激光波长为1560nm，功率为50mW。样品室采用耐高温材料陶瓷制成，直径为10mm，长度约为30mm。该样品室可固定在温度控制装置上，可以分别控制样品室内气体的温度和压力。
光学器件由一组反射式空谐振腔和光电探测器组成。空谐振腔通过控制反射率和长度来选择探测的频率。光电探测器用于测量光谱波长调制后的光强度，从而实现对样品室中气体的温度测量。
原理：
本系统的温度测量原理基于光谱线吸收过程，根据Beer-Lambert定律，入射光强度与穿过液体或气体的距离成指数级函数下降，衰减的程度与液体或气体的折射率、路径长度和处理器距离有关。当过滤光谱的波长移动时，吸收强度会出现变化，由此可以测量样品内气体的温度。
具体来说，当激光波长与样品内气体的原子或分子谱线相交时，光子能量被吸收，光电探测器将接收到减弱的光信号，同时转化成电信号，光谱吸收信号的周期性变化与激光衍射点的移动相关联，相关系数被用来测量温度，其大小与吸收线的一些自然属性（如能级和态密度）有关。
实验验证：
为了验证本系统的可行性和有效性，本研究通过实验验证了该系统的性能。
首先，实验验证了系统的响应性。将样品室内的气体温度从室温逐渐提升到600℃，可以得到较好的温度响应，响应速度快，最高温度精度达到了±3℃。
其次，实验验证了系统的精度。采用两种不同的样品室（直径分别为5mm和10mm），分别测量它们内部的气体温度，结果表明本系统具有较高的精度和可靠性，可精确测量气体的温度。
结论：
本文介绍了一种基于吸收光谱波长调制技术的高速流场温度测量系统。该系统可以实现高速气体流场的温度测量，具有高准确度和稳定性，并且具备较快的响应速度。实际测试表明，该系统可以满足高速流场温度测量的要求，有望推广到航空航天、火箭等领域，具有广泛的应用前景。