本发明涉及一种气体压力光学测量温度补偿方法，属于计量测试技术领域。
背景技术：
压力是力学计量和测试的重要参数之一，其在航空、航天、核工业、舰船、兵器等领域应用非常广泛。在国防工业测试过程中，压力量值的准确与否直接影响到国防工业各个领域的安全和发展。利用光学测量的高精度、高分辨率、高动态等优势，建立的光学压力测量技术正在成为压力计量领域的新的热点和趋势，将为未来实现高精度压力测试、高精度压力标准、现场自校准压力测试和现场标准提供重要的技术支持。目前常用的光学压力测量方法主要为基于折射率和吸收光谱两种，这两种方法的压力测量结果都受到气体温度变化的影响，如何实现对温度影响的有效补偿是目前气体压力光学测量中面临的突出问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提出一种气体压力光学测量中的温度补偿方法，用于实现变温环境下的气体压力光学高精度测量或建立高精度压力标准。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种气体压力光学测量温度补偿方法，包括如下步骤：
步骤一、利用折射率法测量气体折射率变化值，由气体状态方程建立气体折射率、压力和温度关系如下所示：
p＝ρrt[1 bρ cρ2 dρ3 ...]
式中：p为气体压力，r是理想气体常数，t为温度，b，c和d分别为第一，第二和第三密度维里系数，ρ为介质密度，计算公式为：
式中：n为气体折射率，aε，bε分别为第一，第二介电维里系数。
步骤二、利用吸收光谱法中的双谱线方法测量被测气体的温度值：
式中：sv1(t0)和sv2(t0)为参考温度t0＝296k下两条被测吸收谱线的强度；h为普朗克常数，c为光速，k为玻尔兹曼常数，e″1、e″2分别为两条吸收谱线跃迁的低能级能量，rp为两条吸收谱线强度的比值。
步骤三、将测量的温度值带入折射率法得到的关系模型中，计算出压力值；
有益效果
本发明的一种气体光学压力测量中的温度补偿方法，利用吸收光谱法中的双谱线法实时测量精确的气体温度值，在带入光学折射率法气体压力测量模型中，实现对其压力测量的温度修正。本发明能够实时补偿气体压力光学测量中温度变化对测量结果的影响，提高压力的测量精度。
附图说明
图1为本发明所述方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图1和实施例对本发明作进一步详述。本实施例以本发明技术方案为前提，给出了具体的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
大气数据传感系统作为当今空中飞行器重要的机载设备，在国内外的无人机、战斗机等重要领域中已得到广泛应用。大气数据传感器系统主要用于在整个飞行过程中，实时精确的确定飞行器的飞行高度、空速表和马赫数等大气数据，这些参数是控制飞行器空中飞行姿态的重要信息，是维持飞行器和发动机自动控制、导航、火控、空中管制、告警等系统正常运行必不可少的信息，对于飞行安全具有重要意义。飞行器通过安装在机头附近的空速管内的压力传感器测量其所在高度的全压和静压，而飞行时实时需要的高度、马赫数、升降速度、速度等重要数据就是由此测得的全压和静压计算得出。因此，大气数据传感系统中压力传感器的测量精度将直接影响其它大气和飞行参数的精度，影响对整体飞行状态的评估。
目前，随着对无人机、战斗机等飞行器性能要求的不断提高，对其大气数据数据传感器系统，特别是压力传感器的测量精度要求也不断提高。而目前影响大气数据系统测量压力测量精度进一步提高的主要因素为温度等现场测量环境的影响。因为目前飞行器空速管的压力传感器的校准方式为定期拆除，在实验室环境下进行校准，还没有实现对其现场校准的技术和手段，因此飞行器飞行过程中压力测量位置的温度变化必然影响压力测量的准确性，甚至最终影响对飞行器飞行状态的准确判断。
利用光学手段开展压力的测量技术，可以直接把压力参数溯源到量子，实现现场校准、自校准的更高精度的压力测量。本实例提供了一种有效可行光学压力测量中的温度补偿方法，可以消除光学压力测量中温度变化造成的影响，应用到大气数据系统的现场压力测量中，解决目前大气数据测试系统压力传感器测量精度难以提升的问题。详细测量过程分析如下：
步骤一：利用光学折射率压力测量方法，建立基于折射率法的气体压力测量模型。
根据电磁波在空间传播理论可知，气体折射率与气体相对磁导率和介电常数(即相对电导率)存在如下关系
n2＝εrμr(1)
式中：n为被测气体折射率，εr为相对介电常数，μr是相对磁导率，大多数情况下μr≈1，因此有：n2＝εr。
根据clausius-mossotti方程和lorentz-lorenz方程，非极性气体的相对介电常数率和相对磁导率可以分别按密度展开成维里方程的形式：
式中，ρ为介质密度，aε，bε和cε分别为第一，第二和第三介电维里系数。带入折射率和机电常数的关系公式，并忽略高阶项，有：
进一步推到：
bερ2 aερ-(n2-1)/(n2 2)＝0(4)
求解得到：
再根据理想气体状态方程，有：
p＝ρrt[1 bρ cρ2 dρ3 ...](6)
式中，p为被测气体压力，r是理想气体常数，t为温度，b，c和d分别为第一，第二和第三密度维里系数。将密度公式(5)带入式(6)，建立气体的压力p，与温度t，折射率n之间的关系模型。
步骤二：利用吸收光谱法中的双谱线方法测量被测气体的温度值。
激光穿过气体介质后，其光强变化遵循beer-lambert定律，有：
式中，i0是激光器出射光强，it是探测器接受光强，p是被测气体的压力，c是气体体积比，s(t)是吸收谱线的线强度，是关于开尔文温度t的函数，l为气体腔有效长度，φ(ν)是线型函数。
在该激光吸收路径l上，光谱积分吸收率ai为：
ai＝∫s(t)φ(v)pcldv＝s(t)pcl(8)
采用双线测温法测气体温度时，两条气体吸收线为同一种气体同一吸收路径下经一次扫描所得，气体体积比、压强等参数可通过运算消去，得到两条吸收谱线强度的比值rp为：
继而可以得到光路上的平均温度为
步骤三、通过将公式(6)与(10)进行联立，即将测量的温度值带入折射率法得到的模型中，计算出温度补偿后的精确的压力值。
通过以上测量过程和分析计算，融合光学压力测量中的折射率法和吸收光谱两种方法，实现了高精度压力光学测量中的温度补偿，可以为大气数据系统的现场压力精确校准和测量提供可行方案。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，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。
1.一种气体压力光学测量温度补偿方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、利用折射率法测量气体折射率变化值，由气体状态方程建立气体折射率、压力和温度关系如下所示：
p＝ρrt[1 bρ cρ2 dρ3 ...]
式中：p为气体压力，r是理想气体常数，t为温度，b，c和d分别为第一，第二和第三密度维里系数，ρ为介质密度，计算公式为：
式中：n为气体折射率，aε，bε分别为第一，第二介电维里系数；
步骤二、利用吸收光谱法中的双谱线方法测量被测气体的温度值：
式中：sv1(t0)和sv2(t0)为参考温度t0＝296k下两条被测吸收谱线的强度；h为普朗克常数，c为光速，k为玻尔兹曼常数，e"1、e"2分别为两条吸收谱线跃迁的低能级能量，rp为两条吸收谱线强度的比值；
步骤三、将测量的温度值带入折射率法得到的关系模型中，计算出压力值；
