CN109030489B - 一种气体的格鲁尼森参数测量方法及系统 - Google Patents

一种气体的格鲁尼森参数测量方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种气体的格鲁尼森参数测量方法，所述方法包括以下步骤：步骤S1、获取已知环境参数的大气环境的大气瑞利布里渊散射谱线；步骤S2、构建大气瑞利布里渊散射谱的数学模型；步骤S3、将所述大气瑞利布里渊散射谱线与所述数学模型进行拟合，得到瑞利布里渊散射谱线关于瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽的关系式；步骤S4、获取待测气体的瑞利布里渊散射谱线，将所述待测气体的瑞利布里渊散射谱线代入所述关系式，得到所述待测气体的瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽；步骤S5、计算所述待测气体的瑞利散射峰线宽与布里渊散射峰线宽之比，得到所述待测气体的格鲁尼森参数。本发明具有计算速度快、效率高的优点。

Description

一种气体的格鲁尼森参数测量方法及系统
技术领域
本发明涉及气体的格鲁尼森参数测量技术领域，具体涉及一种气体的格鲁尼森参数的测量方法及系统。
背景技术
格鲁尼森参数在固体物理学中用来描述固体热学性质与晶格震动的关系已经有了很成熟的应用，但在流体理论中几乎没有应用。近年来国内外许多物理学家发现格鲁尼森参数在整个流体流动区域，包括理想气体、压缩流体、过冷液体以及近临界流体内变化稳定，使用格鲁尼森参数描述近临界流体的流动过程将比应用任何宽范围的状态方程优越，但是，在流体中一直没有较好的格鲁尼森参数提取方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种气体的格鲁尼森参数测量方法及系统，解决现有技术中流体中格鲁尼森参数测量困难的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种气体的格鲁尼森参数测量方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、在已知环境参数的大气环境中发射激光，并采集散射回波信号，得到所述大气环境中散射回波信号的大气瑞利布里渊散射谱线；
步骤S2、构建大气瑞利布里渊散射谱的数学模型，所述数学模型的参数包括：所述环境参数、大气瑞利布里渊散射谱线的半高线宽、大气瑞利布里渊散射谱线的中心频率；
步骤S3、将所述大气瑞利布里渊散射谱线与所述数学模型进行拟合，得到瑞利布里渊散射谱线关于瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽的关系式；
步骤S4、在待测气体中发射激光，并采集散射回波信号，得到所述待测气体中散射回波信号的瑞利布里渊散射谱线，将所述待测气体中散射回波信号的瑞利布里渊散射谱线代入所述关系式，得到所述待测气体的瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽；
步骤S5、计算所述待测气体的瑞利散射峰线宽与布里渊散射峰线宽之比，得到所述待测气体的格鲁尼森参数。
本发明还提供一种气体的格鲁尼森参数测量系统，包括激光发射装置、建模模块、拟合模块以及计算模块；
所述激光发射装置用于在已知环境参数的大气环境中发射激光，并采集散射回波信号，得到所述大气环境中散射回波信号的大气瑞利布里渊散射谱线；
所述建模模块用于构建大气瑞利布里渊散射谱的数学模型，所述数学模型的参数包括：所述环境参数、大气瑞利布里渊散射谱线的半高线宽、大气瑞利布里渊散射谱线的中心频率；
所述拟合模块用于将所述大气瑞利布里渊散射谱线与所述数学模型进行拟合，得到瑞利布里渊散射谱线关于瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽的关系式；
所述激光发射装置还用于在待测气体中发射激光，并采集散射回波信号，得到所述待测气体中散射回波信号的瑞利布里渊散射谱线；
所述计算模块用于将所述待测气体中散射回波信号的瑞利布里渊散射谱线代入所述关系式，得到所述待测气体的瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽；计算所述待测气体的瑞利散射峰线宽与布里渊散射峰线宽之比，得到所述待测气体的格鲁尼森参数。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明可以测量气体中的格鲁尼森参数，而且测量速度快，测量精度高。
附图说明
图1是本发明提供的气体的格鲁尼森参数测量方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如图1所示，本发明的实施例1提供了一种气体的格鲁尼森参数测量方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、在已知环境参数的大气环境中发射激光，并采集散射回波信号，得到所述大气环境中散射回波信号的大气瑞利布里渊散射谱线；
步骤S2、构建大气瑞利布里渊散射谱的数学模型，所述数学模型的参数包括：所述环境参数、大气瑞利布里渊散射谱线的半高线宽、大气瑞利布里渊散射谱线的中心频率；
步骤S3、将所述大气瑞利布里渊散射谱线与所述数学模型进行拟合，得到瑞利布里渊散射谱线关于瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽的关系式；
步骤S4、在待测气体中发射激光，并采集散射回波信号，得到所述待测气体中散射回波信号的瑞利布里渊散射谱线，将所述待测气体中散射回波信号的瑞利布里渊散射谱线代入所述关系式，得到所述待测气体的瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽；
步骤S5、计算所述待测气体的瑞利散射峰线宽与布里渊散射峰线宽之比，得到所述待测气体的格鲁尼森参数。
本发明提供的格鲁尼森参数的测量费方法，使用数学模型拟合大气瑞利布里渊散射谱线，将混叠在一起的瑞利散射峰与布里渊散射峰分离开来，分别提取瑞利散射峰以及布里渊散射峰的线宽。将待测气体的瑞利布里渊散射谱线代入关系式，进而计算瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽之比得到格鲁尼森参数，方法简单、精度较高、计算速度快。
优选的，所述数学模型的表达式为：
s(Γ0,ν0)＝s(Γb-,νb-)+s(Γb+,νb+)+s(Γ1,ν1)
式中，s(Γ0,ν0)为所述大气瑞利布里渊散射谱线，ν0为所述大气瑞利布里渊散射谱线的中心频率，Γ0为所述大气瑞利布里渊散射谱线的半高线宽；s(Γb-,νb-)为反斯托克斯峰谱线，νb-为反斯托克斯峰谱线的中心频率，Γb-为反斯托克斯峰谱线的半高线宽；s(Γb+,νb+)为正斯托克斯峰谱线，νb+为正斯托克斯峰谱线的中心频率，Γb+为正斯托克斯峰谱线的中心频率；s(Γ1,ν1)为瑞利散射谱线，Γ1为瑞利散射谱线的中心频率，ν1为瑞利散射谱线的半高线宽。
数学模型描述了大气瑞利布里渊散射谱线的组成部分。
优选的，所述正斯托克斯峰谱线、反斯托克斯峰谱线以及瑞利散射谱线的表达式相同，但对应的中心频率以及半高线宽不同；当所述环境参数为大气温度时，所述大气瑞利布里渊散射谱线的表达式为：
Figure BDA0001726643130000041
通过拟合，提取瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽，得到瑞利布里渊散射谱线关于瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽的关系式。
实施例2：
本发明的实施例2提供了一种气体的格鲁尼森参数测量系统，包括激光发射装置、建模模块、拟合模块以及计算模块；
所述激光发射装置用于在已知环境参数的大气环境中发射激光，并采集散射回波信号，得到所述大气环境中散射回波信号的大气瑞利布里渊散射谱线；
所述建模模块用于构建大气瑞利布里渊散射谱的数学模型，所述数学模型的参数包括：所述环境参数、大气瑞利布里渊散射谱线的半高线宽、大气瑞利布里渊散射谱线的中心频率；
所述拟合模块用于将所述大气瑞利布里渊散射谱线与所述数学模型进行拟合，得到瑞利布里渊散射谱线关于瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽的关系式；
所述激光发射装置还用于在待测气体中发射激光，并采集散射回波信号，得到所述待测气体中散射回波信号的瑞利布里渊散射谱线；
所述计算模块用于将所述待测气体中散射回波信号的瑞利布里渊散射谱线代入所述关系式，得到所述待测气体的瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽；计算所述待测气体的瑞利散射峰线宽与布里渊散射峰线宽之比，得到所述待测气体的格鲁尼森参数。
本发明提供的格鲁尼森参数测量系统基于上述格鲁尼森参数测量方法，因此上述格鲁尼森参数测量方法所具备的技术效果，格鲁尼森参数测量系统同样具备，在此不再赘述。
优选的，所述数学模型的表达式为：
s(Γ0,ν0)＝s(Γb-,νb-)+s(Γb+,νb+)+s(Γ1,ν1)
式中，s(Γ0,ν0)为所述大气瑞利布里渊散射谱线，ν0为所述大气瑞利布里渊散射谱线的中心频率，Γ0为所述大气瑞利布里渊散射谱线的半高线宽；s(Γb-,νb-)为反斯托克斯峰谱线，νb-为反斯托克斯峰谱线的中心频率，Γb-为反斯托克斯峰谱线的半高线宽；s(Γb+,νb+)为正斯托克斯峰谱线，νb+为正斯托克斯峰谱线的中心频率，Γb+为正斯托克斯峰谱线的中心频率；s(Γ1,ν1)为瑞利散射谱线，Γ1为瑞利散射谱线的中心频率，ν1为瑞利散射谱线的半高线宽。
优选的，所述正斯托克斯峰谱线、反斯托克斯峰谱线以及瑞利散射谱线的表达式相同，但对应的中心频率以及半高线宽不同；当所述环境参数为大气温度时，所述大气瑞利布里渊散射谱线的表达式为：
Figure BDA0001726643130000051
优选的，所述激光发射装置为激光雷达。
实施例3：
本发明的实施例3提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现以上实施例1所述的气体的格鲁尼森参数测量方法。
本发明提供的计算机存储介质用于实现格鲁尼森参数测量方法，因此上述格鲁尼森参数测量方法所具备的技术效果，计算机存储介质，同样具备，在此不再赘述。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种气体的格鲁尼森参数测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、在已知环境参数的大气环境中发射激光，并采集散射回波信号，得到所述大气环境中散射回波信号的大气瑞利布里渊散射谱线；
步骤S2、构建大气瑞利布里渊散射谱的数学模型，所述数学模型的参数包括：所述环境参数、大气瑞利布里渊散射谱线的半高线宽、大气瑞利布里渊散射谱线的中心频率；
步骤S3、将所述大气瑞利布里渊散射谱线与所述数学模型进行拟合，得到瑞利布里渊散射谱线关于瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽的关系式；
步骤S4、在待测气体中发射激光，并采集散射回波信号，得到所述待测气体中散射回波信号的瑞利布里渊散射谱线，将所述待测气体中散射回波信号的瑞利布里渊散射谱线代入所述关系式，得到所述待测气体的瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽；
步骤S5、计算所述待测气体的瑞利散射峰线宽与布里渊散射峰线宽之比，得到所述待测气体的格鲁尼森参数；
所述数学模型的表达式为：
s(Γ0,ν0)＝s(Γb-,νb-)+s(Γb+,νb+)+s(Γ1,ν1)
式中，s(Γ0,ν0)为所述大气瑞利布里渊散射谱线，ν0为所述大气瑞利布里渊散射谱线的中心频率，Γ0为所述大气瑞利布里渊散射谱线的半高线宽；s(Γb-,νb-)为反斯托克斯峰谱线，νb-为反斯托克斯峰谱线的中心频率，Γb-为反斯托克斯峰谱线的半高线宽；s(Γb+,νb+)为正斯托克斯峰谱线，νb+为正斯托克斯峰谱线的中心频率，Γb+为正斯托克斯峰谱线的中心频率；s(Γ1,ν1)为瑞利散射谱线，Γ1为瑞利散射谱线的中心频率，ν1为瑞利散射谱线的半高线宽。
2.根据权利要求1所述的气体的格鲁尼森参数测量方法，其特征在于，所述正斯托克斯峰谱线、反斯托克斯峰谱线以及瑞利散射谱线的表达式相同，但对应的中心频率以及半高线宽不同；当所述环境参数为大气温度时，所述大气瑞利布里渊散射谱线的表达式为：
Figure FDA0002843499330000021
3.一种气体的格鲁尼森参数测量系统，其特征在于，包括激光发射装置、建模模块、拟合模块以及计算模块；
所述激光发射装置用于在已知环境参数的大气环境中发射激光，并采集散射回波信号，得到所述大气环境中散射回波信号的大气瑞利布里渊散射谱线；
所述建模模块用于构建大气瑞利布里渊散射谱的数学模型，所述数学模型的参数包括：所述环境参数、大气瑞利布里渊散射谱线的半高线宽、大气瑞利布里渊散射谱线的中心频率；
所述拟合模块用于将所述大气瑞利布里渊散射谱线与所述数学模型进行拟合，得到瑞利布里渊散射谱线关于瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽的关系式；
所述激光发射装置还用于在待测气体中发射激光，并采集散射回波信号，得到所述待测气体中散射回波信号的瑞利布里渊散射谱线；
所述计算模块用于将所述待测气体中散射回波信号的瑞利布里渊散射谱线代入所述关系式，得到所述待测气体的瑞利散射峰线宽以及布里渊散射峰线宽；计算所述待测气体的瑞利散射峰线宽与布里渊散射峰线宽之比，得到所述待测气体的格鲁尼森参数；
所述数学模型的表达式为：
s(Γ0,ν0)＝s(Γb-,νb-)+s(Γb+,νb+)+s(Γ1,ν1)
式中，s(Γ0,ν0)为所述大气瑞利布里渊散射谱线，ν0为所述大气瑞利布里渊散射谱线的中心频率，Γ0为所述大气瑞利布里渊散射谱线的半高线宽；s(Γb-,νb-)为反斯托克斯峰谱线，νb-为反斯托克斯峰谱线的中心频率，Γb-为反斯托克斯峰谱线的半高线宽；s(Γb+,νb+)为正斯托克斯峰谱线，νb+为正斯托克斯峰谱线的中心频率，Γb+为正斯托克斯峰谱线的中心频率；s(Γ1,ν1)为瑞利散射谱线，Γ1为瑞利散射谱线的中心频率，ν1为瑞利散射谱线的半高线宽。
4.根据权利要求3所述的气体的格鲁尼森参数测量系统，其特征在于，所述正斯托克斯峰谱线、反斯托克斯峰谱线以及瑞利散射谱线的表达式相同，但对应的中心频率以及半高线宽不同；当所述环境参数为大气温度时，所述大气瑞利布里渊散射谱线的表达式为：
Figure FDA0002843499330000031
5.根据权利要求3所述的气体的格鲁尼森参数测量系统，其特征在于，所述激光发射装置为激光雷达。
6.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-2任一所述的气体的格鲁尼森参数测量方法。
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