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1近红外吸收光谱实验报告1.基本理论由于各种物质分子内部结构的不同，分子的能级也千差万别，各种能级之间的间隔也互不相同，这样就决定了它们对不同波长光线的选择吸收，某物质的吸收光谱反映了它在不同的光谱区域内吸收能力的分布情况，能量在4000400cm−1的红外光不足以使样品产生分子电子能级的跃迁，而只能引起振动能级与转动能级的跃迁，故红外光谱又称振动光谱。由于振动能级跃迁的同时，不可避免的伴随转动能级的变化，因此，红外光谱也称为带光谱，分子在振动和转动过程中，只有伴随净的偶极矩变化的振动才有红外活性，因为分子振动伴随偶极矩改变时，分子内电荷分布变化会产生交变电场，当其频率与入射辐射电磁波频率相等时才会产生红外吸收，近红外光区(0.752.5μm)的吸收主要是由低能电子跃迁，含氢原子团伸缩振动的倍频吸收而产生的，另外，互相关法科学的给出了判定相关的法则，本次实验即就是利用TDLAS技术（可调谐二极管激光吸收光谱技术的简称）结合互相关法测量发动机出口处的流场速度。2.实验内容从RBCC发动机出口流场速度的测定出发，通过在发动机出口流场方向上下游设置两束固定波长(7189.597nm)的平行激光，对两台探测器探测得到的信号脉动进行互相关分析，获得互相关渡越时间，并结合两束平行激光的间距，从而计算得到RBCC发动机出口流场速度。3.实验系统示意图图1实验系统示意图实验系统简述：在本次实验中，两束平行的激光束间的距离为28mm，靠近发动机出口平面的激光距离发动机出口的距离为15mm，两束平行的激光所在的平面距离发动机的底面的距离为50mm。4.实验工况利用波长计可测得本次实验中所采用的激光器及参数设置，另外表1也给出了本次实验的来流模拟系统。表1激光器设定温度屏显温度设定电流来流空气总压来流空气总温来流空气流量模拟飞行高度采样频率一次火箭流量一次火箭氧燃比1392nm26.1°C25.97°C41.1mA1.7MPa1520K3kg/s25km5MHz120g/s1.065.数据处理方法本文对采到的信号基于origin软件，绘制出截取的部分时间段的激光探测强度随时间的变化趋势，为了得到发动机出口的流场速度，对工况点的探测器信号进行放大，以便方便快捷的寻找到互相关的点，在此次实验中，均选取的是处于波峰时刻的点进行分析，利用互相关的波峰点的行数差，求解同一个脉冲信号经过前后两个光电探测器的时间差，进而，利用速度，时间与路程的关系，求解此脉冲的速度。6.实验结果由于实验测得的数据较为庞大，故仅对其中的部分时间信号进行分析计算。取6个时间段分别为5.395-5.405s,5.8-5.802s,6.3-6.302s,7.3-7.302s,7.8-7.802s,8.8-8.802s，它们的激光光强探测信号如图2所示：(a)5.395-5.405s(b)5.8-5.802s(c)6.3000-6.3020s(d)7.3000-7.3020s(e)7.8000-7.8020s(f)8.8000-8.8020s图2不同时间段的激光光强探测信号为便于读取互相关点，分别对上述6个时间段中最高波峰处进行分析。与上述6个时间段对应的波峰附近的信号如图3（典型工况点探测器信号放大图）所示：(a)5.395-5.405s(b)5.8-5.802s(c)6.3000-6.3020s(d)7.3000-7.3020s(e)7.8000-7.8020s(f)8.8000-8.8020s图3不同时间段最高波峰处的激光光强探测信号（典型工况点探测器信号放大图）按照顺序，分别记各个图中的最高波峰为位置一，位置二，位置三，位置四，位置五，位置六，通过读取相应的互相关点行数差可得结果如表2：表2信号1信号2时间差（s）速度(m/s)位置一5.3968485.396864599999990.00001661681.7位置二5.80011965.800139399999990.00001981414.1位置三6.3007216.300742999999990.0000221272.7位置四7.30134747.30135299999999980.00000565000位置五7.80035960000000027.80039139999999960.0000318880.5031位置六8.80041699999999958.80044859999999930.0000316886.07592拉曼散射计算计算过程：（1）光学系统采集到的拉曼光子数：（2）对于Stokes散射过程，，平均取向的张量元由下式给出，对于，已经给出，可以得到上式的值。当转动量子数J较大时，Placzek系数接近与其渐进极限，则zz张量分量为激光辐照度对Q分支拉曼信号有贡献的分子数约等于探测体积内的分子数，在500K时，基本上所有的分子都处于振动...