氣體廣泛存在于生產(chǎn)及生活的各個(gè)領(lǐng)域。實(shí)時(shí)掌握氣體的狀態(tài)，如溫度、濃度、速度，對(duì)于確�；旌蠚怏w系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行，減少污染物排放等方面具有重要意義。如火災(zāi)探測(cè)中，及時(shí)準(zhǔn)確地探測(cè)氣體的溫度、濃度可以有效緩解火災(zāi)發(fā)生的不確定性和多變性在化學(xué)反應(yīng)過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)參與反應(yīng)過程的氣相反應(yīng)物和生成物的濃度組成可動(dòng)態(tài)了解化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程，有效控制化學(xué)反應(yīng)速率在電站鍋爐運(yùn)行中，全面監(jiān)測(cè)爐內(nèi)02、CO2、CO、NOx等氣體的成分以及火焰的溫度、形狀，爐內(nèi)流場(chǎng)等信息對(duì)鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及降低污染物排放起到重要作用在航空航天領(lǐng)域，掌握宇宙空間大氣組成對(duì)航天器的設(shè)計(jì)及控制至關(guān)重要。

隨著集成電路以及材料技術(shù)的飛速發(fā)展，各種各樣的氣體測(cè)量手段也在迅速地發(fā)展，以滿足系統(tǒng)中混合氣體在濃度、溫度以及速度測(cè)量方面的要求。

(1)濃度測(cè)量

在氣體濃度測(cè)量方面，根據(jù)測(cè)量原理的不同主要可分為:化學(xué)傳感器法、氣相色譜法和光譜吸收法。

化學(xué)傳感器法是利用化學(xué)反應(yīng)的手段感應(yīng)待測(cè)氣體的成分，將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，根據(jù)電信號(hào)確定未知?dú)怏w的濃度�；瘜W(xué)傳感器的缺點(diǎn)是壽命較短、穩(wěn)定性差以及受環(huán)境影響較大。使用氣相作為流動(dòng)相的色譜法稱為氣相色譜法。目前在測(cè)量氣體的濃度時(shí)，國(guó)內(nèi)廣泛使用現(xiàn)場(chǎng)取樣、實(shí)驗(yàn)室分析的方式。因此，氣相色譜法雖具有較高的精度和靈敏度，但需要對(duì)被測(cè)氣體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣和實(shí)驗(yàn)室處理，不利于氣體濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。光譜吸收法是通過光波強(qiáng)度變化測(cè)量氣體的濃度。由于不同氣體吸收光譜的特征不同，光波只在氣體的特定光譜頻段內(nèi)有較強(qiáng)的吸收。利用不同頻段光譜的測(cè)量，可以達(dá)到對(duì)大多數(shù)氣體濃度的精確測(cè)量，同時(shí)，該方法具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的能力。

(2)溫度測(cè)量

在氣體溫度測(cè)量方面，目前溫度傳感器按工作方式劃分主要包括接觸式和非接觸式兩種。接觸式溫度傳感器主要包括膨脹式、電量式、接觸式光電以及熱色測(cè)溫等。非接觸式測(cè)溫方法主要包括輻射式、光譜法、激光干涉法、聲學(xué)以及微波法等。非接觸測(cè)溫法的主要特點(diǎn)是不用直接接觸被測(cè)對(duì)象，不會(huì)對(duì)被測(cè)溫度場(chǎng)產(chǎn)生干擾。同時(shí)，該類方法的動(dòng)態(tài)響應(yīng)也比較好，可以實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量。其缺點(diǎn)是測(cè)量參數(shù)易受被測(cè)介質(zhì)表面狀態(tài)或?qū)ο蟮奈镄詤?shù)影響。

隨著工業(yè)應(yīng)用的發(fā)展，需不斷改進(jìn)原有溫度測(cè)量方法，探索新的測(cè)量手段，以滿足生產(chǎn)及生活各個(gè)方面對(duì)溫度測(cè)量需求。

(3)速度測(cè)量

在氣體速度測(cè)量方面，目前主要有示蹤法、熱線風(fēng)速儀、熱膜測(cè)速儀、激光多普勒流速計(jì)、粒子成像速度場(chǎng)儀、激光相位多普勒粒子分析儀等。

隨著工業(yè)生產(chǎn)的多樣性發(fā)展，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)要求愈來愈高，而監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部混合氣體的狀態(tài)是其中的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于混合氣體系統(tǒng)，其物理狀態(tài)是受多參數(shù)的耦合影響，如溫度、濃度和流動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)對(duì)混合氣體的多物理參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，不僅能夠更加準(zhǔn)確地描述每個(gè)物理狀態(tài)，同時(shí)可以達(dá)到對(duì)整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)更好地認(rèn)識(shí)。此外，需要獲取整場(chǎng)的信息，單一的點(diǎn)測(cè)量信息無法客觀、準(zhǔn)確地描述系統(tǒng)的整體狀態(tài)。

現(xiàn)有氣體濃度、溫度以及速度的測(cè)量方法主要針對(duì)點(diǎn)測(cè)量，且一種測(cè)量手段實(shí)現(xiàn)一個(gè)物理參數(shù)的測(cè)量。尋求多物理量同時(shí)場(chǎng)測(cè)量的手段對(duì)工業(yè)過程的安全、可靠運(yùn)行有著十分重要的意義。本文從聲學(xué)測(cè)量的角度，擬在混合氣體復(fù)雜熱物理中多參數(shù)重建方面做深入地研究。