基于激光吸收光谱技术的超声速气流参数测量

采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术,针对超声速直连台隔离段内超声速气流温度、组分浓度、速度和质量流量进行了测量.选择H2O的两条吸收谱线7 185.597 cm-1和7 454.445 cm-1,采用直接吸收-分时扫描方式,测量流场静温为899 K,并结合吸收面积得到H2O的组分浓度20.7%.根据安装在流场上游和下游成60的两条光路,测量流场速度为1 205 m/s,结合壁面压力传感器,测量流场的质量流量为1 500.49 g/s,较真实值偏差为5.23%.TDLAS测量系统实现了对超声速气流多参数快速线测量.     

基于TDLAS测量HBr化学激光器气体温度

利用可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）,基于吸收光谱的多普勒展宽原理,对D2/NF3燃烧驱动的HBr化学激光器,进行了光腔和扩压段的气体温度测量实验研究。为了有效地测量TDLAS吸收光谱,选用了主气流中吸收系数较大的HF分子（2-0）振动谱带的R2谱线作为研究对象。实验中利用一台中心波长1 273 nm的分布反馈式（DFB）二极管激光器,搭建了一套基于直接吸收法TDLAS的HBr化学激光器气体温度测量系统。通过对HF分子的吸收谱线进行Voigt线型拟合,获得了多普勒展宽宽度,从而给出了光腔和扩压段气体温度。在进行时域频域变换时,使用了一台自由光谱范围（FSR）为1.5 GHz的F-P标准具用于频率校准。实验测量结果表明,光腔温度约为280 K,扩压段温度约为400 K。实验过程中的碰撞展宽和多普勒展宽的比值小于0.1,表明多普勒展宽为主,能够方便地用HF吸收光谱的展宽来监测光腔和扩压段的气体温度。     

可调谐半导体激光吸收传感器的温度测量验证

开发了一种可调谐半导体激光吸收传感器,用于测量气体的温度,应用扫描波长吸收谱和固定波长调制谱探测水蒸气在7 454.4 cm-1和7 185.6 cm-1附近的两条吸收谱线。传感器可实现绝对温度测量,固定波长调制谱更可实现10 kHz以上的测量带宽。传感器的性能和精度在已知温度和压力的静室中进行测量验证,在600~1 000 K的设定温度范围,两种方法的测量误差（RMS）都小于2%。表明可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）传感器对于均匀的流场具有快速和精确的温度测量能力。     

基于TDLAS一次谐波的二氧化碳温度测量

为了实现二氧化碳气体温度的实时、非接触测量,研究基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)的温度测量方法。根据单激光器的电流调谐特性和谱线对的选择标准,选取6241.402828 cm-1、6242.672190 cm-1处的两条对温度有不同依赖关系的二氧化碳谱线进行分析。针对二次谐波幅度法和一、二次谐波幅度比值法所存在的问题,提出应用一次谐波信号的TDLAS温度测量方案。首先测量两吸收谱线的一次谐波峰峰值和平均值,以峰峰值和平均值的比值作为单吸收线的输出,再以两吸收线输出值之比来实现气体温度的测量。实验结果表明:在200~1000K范围内,气体温度测量误差小于30 K。该温度测量方案可消除光强波动对温度测量产生的影响,且仅需检测一次谐波信号,系统结构简单,性能稳定,可以满足二氧化碳气体温度实时、非接触测量的需要。     

TDLAS燃烧气体温度测量吸收谱线对的选择

高温气体的温度场测量,一直以来是一项重大科研课题,而利用可调谐二极管激光吸收光谱法(TDLAS)测量燃烧气体温度的基础是吸收谱线对的选择。本文首先系统地给出吸收分子及其谱线对的选择标准,而后重点对HITEMP数据库中1547.72 nm附近的水分子吸收谱线进行研究与筛选,通过仿真分析验证了谱线对6460.595 cm-1和6461.271 cm-1适合用于TDLAS高温气体温度测量系统,最后通过搭建的实验设备验证了这一对吸收谱线对很适合用作氢气或碳氢化合物做燃料的高温气体的温度测量,对TDLAS温度场测量系统的设计具有参考意义。     

酒精蒸汽近红外高分辨光谱获取方法研究

酒精是相对复杂的分子,在常压下为宽带吸收,其OH基团的泛频吸收区位于近红外7000～7300cm-1处.利用可调谐二极管激光光谱学(TDLAS)方法测量了含有少量水汽的酒精蒸汽在7180 cm-1附近的吸收谱线,通过多项式拟合消除水汽吸收谱线干扰,获得了酒精蒸汽的特征吸收光谱,其半高半宽为1.3cm-1;并对不同浓度酒精蒸汽吸收谱线线型做了研究,证明其线型与酒精分压不相关,为发展基于TDLAS酒驾遥测技术奠定了基础.     

基于可调谐半导体激光吸收光谱的大气水汽检测方法研究

用激光吸收光谱方法对大气水汽浓度检测进行了研究。采用窄线宽的半导体激光器作光源,通过直接吸收光谱技术来反演气体浓度。低阶多项式对直接吸收信号进行基线拟合以消除光强波动获得吸光度曲线,再用非线性拟合Levenberg-Marquardt算法进行线型拟合获取积分吸光度,从而根据HITRAN数据库中或实验室测定的吸收线强和展宽系数等参数来进行水汽浓度的直接反演。选取了1.4 附近的两条水汽吸收线进行了浓度检测验证和分析。     

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷/空气预混平焰炉温度测量

燃烧场温度的测量对于燃烧诊断具有重要意义。开展了基于可调谐半导体激光吸收光谱 (Tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)的在 线测温方法研究,基于双光束分时扫描技术,实现了双激光器协同工作与燃烧产物水汽 7154.35 cm$^{-1}$ 和7467.77 cm$^{-1}$两条吸收谱线的同时测量,并利用双线积分吸光度比值关系完成温度的精确反演, 满足燃烧场温度在线检测应用需要。开展了针对甲烷/空气预混平焰炉火焰温度的实时检测实验研究, 并与热电偶进行了测温对比分析,两种方法的测量具有较好的一致性,相对误差小于3.8\%,验证 了TDLAS技术对燃烧场温度非侵入式快速测量的可行性和可靠性。     

基于TDLAS的气体温度测量

介绍了基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)的气体温度测量原理,选择了1对O2吸收谱线13 163.78 cm-1和13 164.18 cm-1,理论计算了此谱线对线强比值R与温度的关系,在搭建的高温实验装置上实现了O2温度和浓度的同时测量,并分析了压力对温度测量的影响。实验结果表明:在823~1 323 K内,温度测量的线性误差为0.65%。最大波动为±15 K,压力变化对温度测量的影响可忽略不计。     

基于TDLAS的纳米光纤甲烷传感器

展示一种基于可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）的微型化纳米光纤甲烷传感器。在比尔-朗伯定律的基础上，选择1.6μm附近的甲烷吸收线，对分布式反馈半导体激光器（DFB-DL）进行波长调制，使用锁相放大器解调出二次谐波信号，建立一套完整的基于纳米光纤的TDLAS系统。使用该系统测量室温下不同入射功率和不同压强对二次谐波信号的影响，同时获得了该系统的压力展宽系数和压力频移系数，发现直径较小的纳米光纤可以对甲烷产生更强的吸收。所设计的纳米光纤传感器是一个在低功率条件下进行微量气体测量的有力工具，在气体种类分析和定量分析方面有着巨大的应用潜力。     

基于分布反馈激光器在2.0 μm波段对CO2气体温度的测量

利用输出波长在2.0 μm处的分布反馈激光器对CO2气体的两条特征谱线进行扫描以实现气体温度的测量。介绍了利用可调谐激光吸收光谱方法进行温度测量的基本原理,提出了用多线组合非线性最小二乘法拟合高温吸收光谱的吸光度方法。常压下在静态高温炉中进行了实验,设定温度为900 K～1200 K时,经实验得到的温度值与热电偶测量值的温差在8%以内,计算得到CO2的5007.7874 cm-1吸收线强与理论计算值相对误差小于14%。为今后的气体温度测量及多参数同时测量提供了借鉴。     

红外吸收微区测量技术在半导体材料中的应用

本文采用微孔遮挡近红外吸收法，对厚度为０．５ｍｍ左右薄片半绝缘（ＳＩ）－ＧａＡｓ中深施主ＥＬ＿２进行了直接测量，使用微机控制自动测量系统对ＳＩ－ＧａＡｓ晶片中的ＥＬ＿２浓度进行了微区分布测量，利用显微傅里叶变换红外光谱测量技术对硅外延层厚度，硅中间隙氧、替位砍含量，硼、磷、硅玻璃中的硼磷含量及薄片ＳＩ－ＧａＡＳ中替位碳含量进行了ＦＴ－ＩＲ显微测量。实验结果为研究半导体材料的微区特性和均匀性提供了可靠的依据。     

吸收性薄膜波导的参数测量

介绍了一种用棱镜耦合法测量吸收性薄膜波导参数的一种方法，它是由测得棱镜底部反射光斑中模的吸收线位置来确定薄膜的折射率和厚度。结果表明，此方法无需进行大量的计算就能同时精确地测量薄膜的折射率和厚度。给了两种吸收不同的薄膜波导参数测量结果。     

采用激光并使用热释电探测器的甲烷浓度分析仪

介绍了一种以InP／InGaAsP半导体激光器作测量光源，以钽酸锂热释电探测器作光电转换器件、以8031单片机为核心为实现的双光束单色甲烷浓度分析仪。该分析仪由探测器系统、信号放大与处理系统及显示输出系统三部分组成．其中，探测器系统主要包括激光器、准直镜、扩束镜、分束镜、全反镜、红外窗口、气路、取样泵、窄带干涉滤光片及钽酸锂热释电探测器等；信号放大与处理系统主要包括前置放大电路、选频放大电路、采样保持电路、模-数转换电路、整形放大电路及8031单片机等；显示输出系统主要包括显示器、打印机及声报警器等。文中还描述了该分析仪的工作原理与基本结构，讨论了其中的技术难点及其相应的解决方法。     

Absorption measurement of methane gas with broadband light source using fiber-optic sensor system

The absorption coefficient of methane is very important for measuring the concentration of methane.We theoretically analyzed the general expression of methane absorption coefficient for a given condition,at room temperature of 296K,and we simulated the relationship between the absorption and the wavelength of the light source.The experimental results we obtained are consistent with the simulation.The discrepancy between the experimental results and the simulation results is also discussed.     

弱吸收测量中共光路表面热透镜系统的参量优化

为了提高热透镜法的测量精度,对表面热透镜法进行了测量技术分析,根据菲涅耳衍射定律和材料的热膨胀特性,建立了共光路表面热透镜测量的理论模型。利用该模型,分析了抽运光的能量大小,抽运光束和探测光束相对光斑大小,两光束相对偏移,测量时刻选择以及定标样品的选择等因素对测量现象和结果的影响。通过分析得到测量系统的一组最佳参量配置。分析表明,在设计测量系统时,应考虑定标样品的吸收特性。定标样品的选择原则是:在光热信号与吸收率的关系中,它与被测样品应处于同一个线性变化范围。     

基于吸收光谱技术的气流速度测量研究

气体运动速度的非接触在线测量在发动机等高速流场实验研究中具有重要意义。基于吸收光谱技术中吸收谱线的多普勒频移效应,设计并搭建了高速气流测速系统,对经过拉瓦尔喷管加速的高速气流速度进行了实时在线检测。实验选用H2O在1392 nm附近的特征吸收谱线,基于LabVIEW程序进行数据采集与处理得到实时流速。在此基础上,分析了该系统的速度测量极限,为后续系统进一步优化及整体装置的开发奠定了基础。     

烟道污染气体SO_2的差分光学吸收光谱测量

研究了利用差分光学吸收光谱(DOAS)技术测量烟道污染气体SO2的方法.介绍了差分吸收光谱的基本原理和数据处理方法.讨论并分析了测量过程中光谱波段的选择.以氘灯作为光源,分别利用光谱分辨率为0.6 nm、0.7 nm和1.8 nm的光谱仪对SO2的吸收光谱进行了测量,分析了光谱分辨率对测量结果的影响.DOAS方法分析的是吸收光谱的高频部分,避免了烟尘、水汽等对测量结果的影响,可以利用差分光学吸收光谱对烟道污染气体进行检测.     

一种波形可控的脉冲声源研制

脉冲回波方法是近年来较为常用的现场吸声测量技术,根据不同的测量原理,需要声源辐射特定的脉冲声信号。研究了一种可控脉冲声生成技术,介绍了声源设计方案以及脉冲声工作生成的主要原理。通过实验测量,该声源能够辐射需要的波形和不同长度的脉冲声信号,可用于时域现场吸声测量技术中。