摘要
火场环境成像技术已成为火灾探测的重要技术之一，现有的成像检测设备在低能见度火场环境下受烟气影响较大，导致火场环境中成像困难。而太赫兹波是位于红外与微波波段之间的电磁波，兼顾透过率与分辨力，若将太赫兹波技术应用于火场环境检测中，将拥有优异的检测特性。但太赫兹波会受到火场烟气环境的影响，因此，本文研究太赫兹波在火场烟气环境中的传播特性，为太赫兹波技术应用于火场环境检测提供理论依据。主要研究内容如下： （1）基于烟颗粒独特的分形凝聚体结构分析了烟颗粒的光学性质，以火场烟气环境的光学特性为基础研究太赫兹波的传播机理，通过辐射传输方程分析了太赫兹波在烟气环境中传播变化过程。采用两种数值模拟方法，以离散偶极子近似法模拟求解烟颗粒对太赫兹波的衰减特性，以离散纵标法模拟求解烟气环境中太赫兹波的传播特性。 （2）以烟颗粒粒径和太赫兹入射波长为变量，基于烟颗粒独特的分形凝聚体结构，通过理论分析和数值模拟，研究太赫兹波在烟气环境中的衰减规律和传播特性。模拟分析了不同烟颗粒结构参数、粒径分布、烟气浓度下太赫兹波的传播衰减规律，以辐射传输方程为理论模型，分析了不同工况条件下太赫兹波的传播特性，结果表明，太赫兹波在普遍的火场烟气环境中的透过率在80%以上。 （3）综合考虑火场烟气环境对太赫兹波传播影响因素，设计了不同的烟气实验环境进行太赫兹波传播特性实验研究，在光学平台上搭建小尺寸实验箱模拟均匀的烟气环境，搭建烟气走廊模拟非均匀流场烟气环境。以不同的实验燃料和烟气浓度为控制量，考虑了不同的采样点高度、燃烧时间以及火焰和温度的影响，开展了太赫兹波传播特性实验研究，分析了不同工况下太赫兹波传播变化规律，验证了数值模拟结果。
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