本发明属于燃烧诊断及吸收光谱测量领域，尤其涉及一种火焰温度场及oh浓度场吸收层析成像系统及方法。
背景技术：
1、近年来，随着对能源清洁高效利用需求和航空航天等动力领域发展需求的日益提高，发展先进的光学测试手段实现燃烧场中温度、浓度等物理参数的精确测量至关重要。火焰温度作为燃烧诊断中最重要的测量参数之一，反映火焰与外界的能量交换过程，也制约着燃烧反应的速率快慢；oh自由基是含氢燃料火焰中链分支反应的重要载体，是维持燃烧进行、指示燃烧状态的重要微量自由基。实现火焰中温度场及oh自由基浓度场的成像测量，对于进行燃烧状态研究与优化、动力系统性能提升与安全性改善等具有重要意义，已成为目前学术和工程界关注的燃烧诊断重要发展方向。
2、现有研究中，涉及火焰中温度和oh浓度成像的测量研究主要使用以下几种技术：（1）双色平面激光诱导荧光技术获取oh浓度场和温度场的高空间分辨力成像；（2）激光吸收层析技术获取温度场和浓度场的成像；（3）紫外宽带吸收光谱在轴对称假设和稳态假设下获取温度场和oh浓度场成像。但上述三类测量技术均存在一系列问题：平面激光诱导荧光技术难以测量垂直于流向的截面、难以测量绝对浓度、温度测量准确度差；红外激光吸收层析成像技术吸收较弱、难以实现oh等低浓度自由基浓度场成像；紫外吸收层析成像系统仅能测量稳态火焰、不具有时间分辨能力，并且设备体积庞大、价格昂贵、成像测量耗时时间长等，从而无法很好地实现火焰中温度场和oh浓度场的吸收层析成像测量。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种火焰温度场及oh浓度场吸收层析成像系统及方法，能够以相对较低的设备成本和体积，实现层析光路阵列中各光路光谱的同时测量，并大幅度提高层析计算的精度和速度。
2、为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种火焰温度场及oh浓度场吸收层析成像系统，包括多个led光源、多根光纤束、光机结构、多个光纤阵列、多个多通道小型化光谱仪和上位机，
3、所述多个led光源用于提供多条光路的紫外光源；
4、所述多根光纤束用于连接所述多个led光源与所述光机结构，将所述多个led光源的光信号传输至所述光机结构；
5、所述光机结构装配有多个发射端准直器和接收端准直器阵列，所述多个发射端准直器与所述多根光纤束连接，将所述多个led光源提供的光源转为层析光路阵列，所述多个接收端准直器阵列用于接收层析光路阵列的光信号并将光信号耦合进所述多个光纤阵列；
6、所述多个光纤阵列用于连接所述光机结构的接收端准直器阵列与所述多通道小型化光谱仪，所述光纤阵列中的每根光纤连接一条光路和一个光谱仪通道；
7、所述多通道小型化光谱仪用于从所述多个光纤阵列接收光信号，测量得到实验吸收光谱并传送给所述上位机；
8、所述上位机用于根据所述多通道小型化光谱仪测量得到的实验吸收光谱，利用神经网络进行火焰温度场及oh浓度场吸收层析成像。
9、优选地，所述多根光纤束为圆形转线形光纤束，每根光纤束的圆形端连接所述led光源，线形端连接发射端准直器，将led光源提供的光源转为扇形光束。
10、优选地，所述光机结构为正十二边形，具有5个发射边和5个接收边，组成五角度扇形层析光路结构，5个发射边上装配有发射端准直器，5个接收边上装配有接收端准直器阵列。
11、优选地，所述多个led光源的中心波长为310nm，所述多通道小型化光谱仪的每个通道采用高光栅刻线数和低狭缝宽度，能够实现310nm附近宽波长范围内多谱线的同时测量。
12、本发明的另一个方面提供一种火焰温度场及oh浓度场吸收层析成像方法，利用上述的系统进行火焰温度场及oh浓度场吸收层析成像，包括：
13、步骤s1：通过仿真生成大量随机多峰分布作为样本，预先训练各光路 l的温度和浓度到温度浓度场映射的神经网络层析模型；
14、步骤s2：利用所述系统从各光路 l测量得到的实验吸收光谱以及吸收系数理论模型，利用最小二乘拟合得到温度和浓度：
15、
16、步骤s3：将各光路 l的温度和浓度输入预先训练好的神经网络层析模型中，输出各空间位置的温度和浓度，完成温度场和oh自由基浓度场的层析成像。
17、优选地，所述步骤s1包括：
18、步骤s11：生成两组随机多峰分布，每组包含 n个随机分布，每个分布均采用至少3个高斯函数叠加形成，每个高斯函数的位置和半高全宽均在重建区域范围内随机，高斯函数之间相互独立， n个随机分布也相互独立，两组多峰分布之间也相互独立；
19、步骤s12：以一组随机多峰分布作为温度分布，并对取值进行整体随机缩放，令每个分布的最大值在需要的温度区间内随机取值：，并令分布的最小值在相应的温度区间内随机取值：，各分布的随机缩放相互独立；
20、步骤s13：以另一组随机多峰分布作为浓度分布，并对取值进行整体随机缩放，令每个分布的最大值在需要的浓度区间内随机取值：，并令分布的最小值在相应的浓度区间内随机取值：，各分布的随机缩放相互独立；
21、步骤s14：将两组分布两两配对，得到 n对温度分布和浓度分布，针对每一对和，根据吸收光谱原理正向仿真计算出每个光路上的吸收光谱：
22、
23、再利用最小二乘拟合计算出每条光路 l的温度和浓度
24、
25、则得到每一对和所对应的和，形成神经网络的训练样本，输入为 n对和，输出为 n对和；
26、步骤s15：训练的神经网络并保存。
27、根据本发明上述方面的火焰温度场及oh浓度场吸收层析成像系统及方法，能够以相对较低的设备成本和体积，实现层析光路阵列中各光路光谱的同时测量，并大幅度提高层析计算的精度和速度。
1.一种火焰温度场及oh浓度场吸收层析成像系统，其特征在于，包括多个led光源、多根光纤束、光机结构、多个光纤阵列、多个多通道小型化光谱仪和上位机，
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多根光纤束为圆形转线形光纤束，每根光纤束的圆形端连接所述led光源，线形端连接发射端准直器，将led光源提供的光源转为扇形光束。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述光机结构为正十二边形，具有5个发射边和5个接收边，组成五角度扇形层析光路结构，5个发射边上装配有发射端准直器，5个接收边上装配有接收端准直器阵列。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述多个led光源的中心波长为310nm，所述多通道小型化光谱仪的每个通道采用高光栅刻线数和低狭缝宽度，能够实现310nm附近宽波长范围内多谱线的同时测量。
5.一种火焰温度场及oh浓度场吸收层析成像方法，其特征在于，利用权利要求1-4中任一项所述的系统进行火焰温度场及oh浓度场吸收层析成像，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤s1包括：
