本发明涉及一种等离子体双温的光学测量方法，属于光学测量技术领域。
背景技术：
光学方法因为具有实时、稳定、非接触等优点，在越来越多的领域得到了广泛的应用。对于等离子体的光学测量，目前主要停留在假设被测等离子体处于热平衡或者局部热平衡状态，用一个统一温度来描述。然而，大多数的等离子体流场可能很难满足上述热平衡或者局部热平衡状态，换句话说，用一个统一的温度来描述存在较大的误差。为此，需要建立起适应光学方法测量的等离子体双温(电子温度和气体温度)模型，在此基础上，实现等离子体的双温光学测量。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是针对现有单温假设的不完善性而导致测量误差较大的不足，提出一种等离子体双温的光学测量方法，建立起适合光学测量的等离子体双温折射率模型，实现等离子体的双温光学测量。
为解决上述技术问题，本发明提供一种等离子体双温的光学测量方法，具体包括以下步骤：
(1)建立等离子体双温折射率模型
首先，将等离子体的折射率n描述为：
其中，l是洛希密脱常数(2.687×1019cm-3)，a和b是与流场中中性粒子种类有关的常数，nn、ni和ne分别代表流场中中性粒子(原子或分子)、离子和电子数密度(cm-3)，λ是探测波长；
然后，通过如下等离子体的电离度与温度、压强的关系式：
其中，α1和p分别代表一次电离度和等离子体的压强，k1(te)是在电子温度te下的平衡常数；
结合如下压强与气体和离子的温度关系式：
其中，nn0是最初的中性粒子数密度，tg是气体和离子的温度，κ是玻尔兹曼常数；
得到如下中性粒子数密度与电子温度、气体和离子的温度、压强关系式：
最终，得到如下等离子体的双温折射率模型：
(2)获得等离子体双温
首先，采用双波长光学检测方法，通过两个探测波长λ1、λ2，分别测量出被测等离子体的折射率分布；
然后，通过下式得到等离子体的一次电离度α1：
最后，通过如下等离子体的电离度与温度和压强的关系式，得到等离子体电子的温度te：
其中，α1和p分别代表的是一次电离度和等离子体的压强，k1(te)是在电子温度te下的平衡常数；
再通过如下任意一等离子体的双温折射率模型，得到气体和离子的温度tg：
本发明的原理是：
(1)建立等离子体双温折射率模型
通常，考虑到等离子体多种成分的问题，通常将折射率n描述为：
其中，l表示的是洛希密脱常数(2.687×1019cm-3)，a和b是与流场中中性粒子种类有关的常数，nn，ni和ne分别代表的是流场中中性粒子(原子或分子)，离子和电子数密度(cm-3)，λ是探测波长。
基于上述折射率描述模型，并不能直接获得被测等离子体的双温，为此考虑到等离子体的电离度与温度和压强的关系：
其中，α1和p分别代表的是一次电离度和等离子体的压强，而k1(te)是在电子温度te下的平衡常数。
主要考虑一次电离，并假设最初的中性粒子数密度是nn0，则有压强可表示为：
其中，tg是气体和离子的温度。
因此，
最终，等离子体的双温折射率模型可表示为：
(2)双波长光学技术获得折射率分布
根据公式(8)所描述的等离子体双温折射率模型表明，单波长光学方法无法同时获得两个温度tg和te，所以在光学方法的选择上，我们采用双波长光学方法。即，两个波长分别测量出被测等离子体的折射率分布，然后用于求两个温度。
(3)获得等离子体双温的方法
采用双波长光学方法就可以得到两个折射率，假设λ1＞λ2，我们有：
电离度可得到：
一旦得到电离度，即可利用公式(2)得到电子的温度te，然后无论利用公式6还是7都可以得到tg。
本发明将光学方法引入到等离子体的双温测量中，具有实时、稳定性好、抗干扰能力强、对温度的测量精度高等优点。此外，本发明所提出的模型还可为等离子体双温的测量提供重要的理论基础。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详尽描述，实施例中未注明的技术均为现有技术。
实施例1：本等离子体双温的光学测量方法包括以下步骤：
(1)建立等离子体双温折射率模型
首先，将等离子体的折射率n描述为：
其中，l是洛希密脱常数(2.687×1019cm-3)，a和b是与流场中中性粒子种类有关的常数，nn、ni和ne分别代表流场中中性粒子(原子或分子)、离子和电子数密度(cm-3)，λ是探测波长；
然后，通过如下等离子体的电离度与温度、压强的关系式：
其中，α1和p分别代表一次电离度和等离子体的压强，k1(te)是在电子温度te下的平衡常数；
结合如下压强与气体和离子的温度关系式：
其中，nn0是最初的中性粒子数密度，tg是气体和离子的温度，κ是玻尔兹曼常数；
得到如下中性粒子数密度与电子温度、气体和离子的温度、压强关系式：
最终，得到如下等离子体的双温折射率模型：
(2)获得等离子体双温
首先，采用双波长光学检测方法，通过两个探测波长λ1、λ2，分别测量出被测等离子体的折射率分布；
然后，通过下式得到等离子体的一次电离度α1：
最后，通过如下等离子体的电离度与温度和压强的关系式，得到等离子体电子的温度te：
其中，α1和p分别代表的是一次电离度和等离子体的压强，k1(te)是在电子温度te下的平衡常数；
再通过如下任意一等离子体的双温折射率模型，得到气体和离子的温度tg：
本方法用于测量某等离子体双温，该等离子是氩弧等离子体，a＝27.92×10-5，b＝1.5635×10-6，l＝2.687×1019cm-3，两个探测波长分别为λ1＝532nm，λ2＝808nm，等离子体的压强p＝1atm，一次电离度α1＝0.0137，经计算得到等离子体电子的温度te＝9612k，气体和离子的温度tg＝735k。
实施例2：本等离子体双温的光学测量方法的具体步骤与实施例1相同，用于测量某等离子体双温，该等离子是氩弧等离子体，a＝27.92×10-5，b＝1.5635×10-6，l＝2.687×1019cm-3，两个探测波长分别为λ1＝532nm，λ2＝808nm，等离子体的压强p＝1atm，一次电离度α1＝0.0969，经计算得到等离子体电子的温度te＝11705k，气体和离子的温度tg＝3823k。
实施例3：本等离子体双温的光学测量方法的具体步骤与实施例1相同，用于测量某等离子体双温，该等离子是氩弧等离子体，a＝27.92×10-5，b＝1.5635×10-6，l＝2.687×1019cm-3，两个探测波长分别为λ1＝532nm，λ2＝808nm，等离子体的压强p＝1atm，一次电离度α1＝0.0232，经计算得到等离子体电子的温度te＝10128k，气体和离子的温度tg＝645k。
上面对本发明的技术内容作了说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下对本发明的技术内容做出各种变化，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。