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龙图腾网获悉北京航空航天大学申请的专利一种基于归一化二次谐波线性模型的温度和浓度重建方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116337155B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-03发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310401889.3，技术领域涉及：G01D21/02；该发明授权一种基于归一化二次谐波线性模型的温度和浓度重建方法是由曹章;邱爽;徐立军;张晓倩;温晋婷设计研发完成，并于2023-04-17向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于归一化二次谐波线性模型的温度和浓度重建方法在说明书摘要公布了：本发明提出一种基于归一化二次谐波线性模型的温度和浓度重建方法，属于可调谐二极管激光吸收光谱技术领域，用于二维温度和浓度场重建。重建系统包括激光控制与发生模块、光纤分束器、传感器、马赫曾德干涉仪、光电探测器、数据采集系统和计算机。重建方法包括：激光经过分束后，一路接入马赫曾德干涉仪被光电探测器接收，其余路经过扩束后穿过待测区域被光电探测板接收，获得各光路上透射光强的归一化二次谐波谱；根据离散温度浓度对计算归一化二次谐波基矩阵；根据传感器光路排布建立线性重建模型，使用迭代算法获得二维温度和浓度分布。本发明有效利用了归一化二次谐波谱，增加了独立方程数目，提高了二维温度和浓度分布重建的速度和精度。

本发明授权一种基于归一化二次谐波线性模型的温度和浓度重建方法在权利要求书中公布了：1.一种基于归一化二次谐波线性模型的温度和浓度重建方法，依托的重建系统包括激光控制与发生模块、光纤分束器、传感器、马赫曾德干涉仪、光电探测器、数据采集系统和计算机；其中传感器由激光输入模块、鲍威尔棱镜和光电探测板构成；所述的重建方法首先测量和计算传感器光路上激光透射光强的归一化二次谐波信号，然后根据被测温度和浓度场的重建范围，构造归一化二次谐波基矩阵，最后使用线性重建模型实现二维温度和浓度场成像； 具体包括以下步骤： 步骤一、获取传感器光路上激光透射光强的归一化二次谐波信号；激光控制和发生模块使用叠加高频正弦调制的低频扫描信号上作为注入电流驱动激光器，输出的激光经过光纤分束器，一路接入马赫曾德干涉仪后接入光电探测器，采集后计算得到激光输出波数vt随时间的变化 其中，为激光中心波数，a为调制深度，ω＝2πf为调制角频率； 入射激光强度I0t的模型为 其中，为波数处的激光强度，i0和i2分别为线性和非线性强度调制幅值，和为对应的强度调制与频率调制之间相移； 光纤分束器的其余光路接入传感器的各激光输入模块，由鲍威尔棱镜扩束展开，激光穿过目标气体后被传感器上的光电探测板接收；对于传感器的任意一条激光光路，入射激光穿过目标气体后，透射强度Itt衰减为 其中，τ为透射系数，α为吸收率； 对于目标气体小吸收的情况，即αv0.05，透射率可近似计算为 透射系数τ[vt]由于具有周期性，可展开为傅里叶级数 其中，傅里叶系数的计算公式为 利用数字锁相和低通滤波器从透射光强Itt中提取一次和二次谐波信号：将透射光强分别乘以参考信号cosωt和sinωt，然后通过低通滤波得到一次谐波信号1f的X分量X1f和Y分量Y1f，进而计算得到一次谐波信号幅值R1f；相似地，将透射光强分别乘以参考信号cos2ωt和sin2ωt，然后通过低通滤波得到二次谐波信号2f的X分量X2f和Y分量Y2f，计算得到二次谐波信号幅值R2f；对于相移为π的线性强度调制，即且i2＝0时，归一化二次谐波信号S2f1f表示为 步骤二、构造归一化二次谐波基矩阵；根据对目标气体的温度和浓度范围的粗略估计，将气体参数离散成M个温度和浓度对：{T1,X1},{T2,X2},…,{TM,XM}；数值计算出这M组气体参数在单位路径的吸收率β1v,β2v,…,βMv；沿激光路径的总吸收率可以表示为各状态气体吸收的和， 其中，L1,L2,…,LM为M种气体状态分别占据的路径长度；由式7可以得到M种气体参数在单位长度吸收下的傅里叶系数根据式9可以得到路径总吸收的傅里叶系数满足 根据测量得到的入射激光强度I0t和激光输出波数vt，使用式3分别得到M种气体参数单位长度吸收后的透射光强，然后使用步骤一中的数字锁相和低通滤波方法，得到归一化二次谐波信号，第i种气体参数对应的归一化二次谐波信号表示为R2f1f,i； 根据式8中的线性关系和式10，总路径上的归一化二次谐波信号与M种气体参数单位吸收的归一化二次谐波信号满足 M种气体参数的归一化二次谐波R2f1f,i逐行排列组成谐波基矩阵RM×K，其中，K为归一化二次谐波信号的数据点数； 步骤三、线性重建模型建立和二维温度和浓度分布成像；测量传感器上Q条激光光路的透射光强并按照步骤一计算出对应的归一化二次谐波信号，逐行排列得到矩阵SQ×K； 感兴趣的二维区域被离散成D个网格，根据传感器的激光光路布局计算灵敏度矩阵WQ×D，其中第i行第j列元素wi,j是传感器第i条激光路径穿过第j个网格的光路长度； 使用0-1二值矩阵YD×M表征目标气体场的温度和浓度分布，矩阵YD×M的每行代表一个网格，该行中有一个元素1，其余元素为0，根据元素1所在列对应得到该处的温度值和浓度值，即 式中，和分别表示D个网格的温度和浓度分布，上标R表示重建分布； 直方图矩阵LQ×M表示Q条激光光路上M种气体状态分别占据的路径长度，将Q条激光光路满足的式11写成矩阵形式为 SQ×K＝LQ×M·RM×K，13 根据灵敏度矩阵的定义有 WQ×D·YD×M＝LQ×M，14 且各激光光路上的直方图满足长度之和等于该激光光路总长度的先验条件，有如下约束 LQ×M·eM×1＝WQ×D·eD×1，15 式中，列向量eM×1和eD×1中的元素全为1； 综合式13、14、15有重建模型 WQ×D·YD×M·RM×KeM×1＝SQ×KWQ×D·eD×1，16 使用联合代数重建技术SimultaneousAlgebraicReconstructionTechnique,SART求解式16中的矩阵YD×M，然后根据式12计算得到二维温度和浓度分布。

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