基于期望块对数似然的激光吸收光谱层析成像
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TH741

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河北省自然科学基金(F2021203027)、燕山大学基础创新科研培育项目(2021LGZD011)资助


Laser absorption spectroscopy tomography based on the expected patch Log likelihood
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    摘要:

    可调谐二极管激光吸收光谱层析成像(TDLAST)是一种重要的非侵入式燃烧检测技术。 然而,TDLAST 逆问题的欠定 性使得传统算法重建的气体吸收密度存在较大误差。 本文将期望块对数似然先验引入 TDLAST 逆问题的求解,提出基于高斯 混合模型(GMM)正则化的温度重建算法(GMMTRT)。 该方法利用 GMM 建模燃烧场气体吸收密度的局部分布特性,采用半二 次分裂方法求解引入 GMM 正则化的 TDLAST 逆问题。 利用火灾动力学模拟器生成的仿真数据与利用 TDLAST 实验系统获得 的实际数据进行的重建实验均表明,GMMTRT 重建的温度图像能够准确定位火焰位置,并清晰描述燃烧场感兴趣区域的温度 分布。 与现有的基于 Tikhonov 正则化的温度重建算法和同时代数重建算法相比,GMMTRT 的重建误差分别能够降低 15. 42% ~ 36. 16% 和 23. 10% ~ 44. 79% 。

    Abstract:

    The tunable diode laser absorption spectroscopy tomography (TDLAST) is an important non-intrusive combustion monitoring technology. However, the ill-posedness of the inverse problem of TDLAST causes large errors in gas absorbance densities reconstructed by using traditional algorithms. In this article, the expected patch Log likelihood is introduced into TDLAST to solve the inverse problem. The Gaussian mixture model (GMM) regularized temperature reconstruction technique (GMMTRT) is proposed to image temperature distribution in the combustion field. This algorithm models the distribution characteristics of local absorbance density with GMM, and solves the inverse problem of TDLAST with GMM regularization via the half quadratic splitting method. Both the simulation with data generated from the fire dynamics simulator and the real experiment with the lab-scale TDLAST system show that GMMTRT can clearly indicate the temperature profile in the region of interest with correctly located flame peaks. Compared to the temperature reconstruction algorithm with Tikhonov regularization and the simultaneous algebraic reconstruction technique, GMMTRT can reduce the reconstruction error by15. 42% ~ 36. 16% and 23. 10% ~ 44. 79% , respectively.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

司菁菁,刘 鑫,王晓莉,程银波,刘 畅.基于期望块对数似然的激光吸收光谱层析成像[J].仪器仪表学报,2023,44(2):248-256

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  • 在线发布日期: 2023-07-07
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