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技术气体浓度测量的温度修正方法

精确检测气体浓度在大气环境保护、工业生产控制、废气排放监测等领域有着迫切需求。可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)是实现气体浓度精确检测的重要方法,然而温度变化却为浓度精确测量带来较大误差,因而对检测结果进行温度修正是十分必要的。本文从理论角度出发,阐述了TDLAS技术检测气体浓度的温度影响机理,重点分析并归纳了基于TDLAS技术的气体浓度测量的温度影响修正方法,并展望了其发展趋势。     

燃烧流场温度二维重建多吸收谱线重建方法

可调谐半导体激光层析技术可以实现对燃烧流场温度和组分浓度的二维分布测量。提出了一种基于多条吸收谱线组合的燃烧场温度二维重建方法,该方法利用每条吸收谱线对温度的敏感度不同,采取优化组合的方式得到每组吸收谱线对最佳的重建温度区域。文中使用四条H2O吸收谱线,模拟了温度在300~1 500 K范围时高斯分布和随机分布温度二维重建,比较了采用双线法和多条吸收谱线组合方法的温度重建结果。结果表明:采用吸收谱线组合方法和双线法的温度重建误差分别为0.039 6和0.095 2,吸收谱线组合方法可以有效提高重建结果质量。在实际工程应用中,当可以提前预估流场温度重建范围的情况,采用文中提出的多条吸收谱线组合方法可以二维重建结果质量。     

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。     

燃煤电站锅炉炉膛温度的TDLAS测量研究

利用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术在电站锅炉尾部烟道进行测量或者采取抽取式的测量方法,能够在一定程度上反映锅炉的燃烧状况,但并不直接、迅速,需要建立模型根据测量结果对炉膛内的燃烧状况进行计算.为了给燃烧诊断提供更直接的参考,需要对锅炉炉膛进行直接测量.选择1.3 μm附近的一对H2O谱线,设计了一套测量系统...     

基于TDLAS的CO2高温高压谱线参数测量研究

气体谱线参数的准确性对于应用可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)开展燃烧流场参数的精确测量十分重要。针对目前谱线数据库参数在高温高压环境的不确定性,以主要燃烧产物CO₂作为目标气体,开展了CO₂高温高压谱线参数测量研究。设计了耐高温高压气室,在三段管式炉上搭建了一套气体谱线参数高温高压校准装置,以分布反馈式(DFB)半导体激光器作为光源,对中心频率4 988.655 cm^-1的CO₂吸收光谱进行了测量,获得了373～673 K温度范围内,1～3 atm多个压强下的纯CO₂高温高压吸收光谱,经过Voigt线型拟合等数据处理,得到了线强、自展宽系数、温度指数等谱线参数,与HITRAN2016数据库对应的参数进行对比,线强相对误差在-8.6%～-2.4%,线强不确定度约为4.1%,自展宽系数相对误差在-8.8%～2.1%,所测数据对现有的谱线数据库起到了修正和补充。     

基于气体特征吸收谱线的电缆光纤光栅温度监测系统

基于电力电缆温度在线监测的需求,设计了一种精度高、稳定性好的光纤光栅温度传感器,光栅的波长漂移与温度成线性关系,结合F-P可调滤波器和LabVIEW软件平台搭建光纤光栅温度在线监测系统,系统采用C2H2气体吸收谱作为F-P可调滤波器的实时校正波长,温度传感器的波长解调不受外界温度和压力等环境的影响,通过插值拟合算法实现光纤光栅中心波长的高精度解调,精度可达±5 pm,即测量温度精度为±0.2℃。     

分子谱线参数测量新方法

介绍了一种利用F-P腔透射峰宽度测量分子谱线参数的新方法,论文从多光束干涉叠加原理出发,推导出有样品气体吸收的F-P腔的透过率函数,F-P腔的透过率是样品气体吸收线型的函数,随着样品吸收的增加,F-P腔透射条纹宽度增加.实验测量得到的谱线强度与HITRAN2004数据库数据、谱线宽度与理论计算结果很好地一致.     

基于激光双吸收谱线的氨气温度测量研究

选择性催化还原(SCR)是燃煤发电中降低NOx排放使用最多的技术,化学还原反应中氨气(NH3)温度是闭环控制SCR过程的关键参数之一。提出了一种基于激光双吸收谱线的氨气温度测量方法,实现SCR过程化学反应温度实时监测。利用HITRAN08数据库,选取一对氨气的吸收谱线6605.1042 cm-1和6605.1901 cm-1,理论推导了两条吸收谱线的强度比与温度的关系。实验结果显示,在80～160 ℃温度范围内,温度测量的线性误差为0.89%(平均值),最大波动为3.5%,为下一步高温测量氨气浓度和温度测量奠定了基础。     

参考谱线法测量倍频Nd:YAG激光器调谐波长的研究

为了精确测量倍频Nd:YAG激光器的调谐波长,采用碘分子在532nm附近的强吸收谱线作为频率稳定的绝对参考谱线,建立了以碘蒸气为标定物的激光调谐波长测定系统,实际测量了碘蒸气吸收谱线.通过谱线的特征结构与理论吸收谱线的比较,得到了倍频Nd:YAG激光器调谐频率与外加偏压及电位计旋转角度的对应关系,并确定了激光频率跳变点的位置,最后给出了倍频Nd:YAG激光器的调谐范围.结果表明,碘吸收谱线法可以用来精确测量倍频Nd:YAG激光器的调谐波长.     

CO2高温光谱参数测量系统设计与实验

CO_2和CO被称为燃烧效率指示性气体,燃烧流场中CO_2的精确测量对工业燃烧过程的节能减排和发动机燃烧状态诊断等都具有重要意义.研究CO_2气体的高温光谱参数,包括:线强、自加宽系数、温度系数,可提高燃烧过程中CO_2浓度的测量精度和可靠性.为了获得可用于燃烧诊断的CO_2吸收线的高温光谱参数,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术设计了一套最高温度可达2 073 K的精确控温控压气体光谱参数测量系统.采用该系统开展了CO_2R(50e)吸收线(中心频率为5 007. 787 cm-1)的高温光谱测量实验,获得了温度范围1212～1873 K内多个压强下的纯CO_2气体的大量高温吸收光谱,经热辐射背景扣除、基线拟合、时频转换、多线组合非线性最小二乘法拟合等数据处理过程,得到温度范围1 212～1 873 K内CO_2R(50e)吸收线的线强、自加宽系数及温度系数,其中线强不确定度1. 5%,自加宽系数不确定度小于4. 5%.这些参数是对现有数据库的补充和完善,对燃烧诊断中的CO_2浓度检测有很大帮助,能够满足燃烧过程中CO_2浓度精确反演的需求.     

基于TDLAS技术的工业环境中HF气体在线监测

采用1．330μm附近波长的近红外可调谐分布反馈（DFB）激光器作为光源,结合波长调制技术和长光程技术,实时监测工业环境中的HF气体浓度。同时采用Allan方差分析系统的稳定性,选择利用非线性最小二乘法和防脉冲滑动平均滤波等技术手段,长时间测试结果表明,该系统具有实时、连续和非接触快速检测的特点,并且具有大范围、分布式...     

基于TDLAS的红外湿度检测中的小波去噪实验研究

为了有效抑制可调谐二极管激光吸收光谱法(TDLAS)进行红外湿度检测中的噪声,采用多阈值小波去噪方法对测量通道和参考通道间的差分信号做降噪处理,然后基于数字锁相放大技术从去噪后的差分信号中提取二次谐波信号,最终根据谐波信号的幅值大小确定湿度数值。给出了多阈值小波去噪算法的流程,并做了实验验证。分析显示,本文方法可有效抑制噪声的影响,在极低湿度条件下仍可较好地提取出二次谐波信号。利用制作的湿度检测系统,结合配备的密闭湿度环境,开展了检测实验。结果表明,采用小波去噪后,检测下限可由0.2%降至0.08%,极低湿度条件下(0.2%)的测量误差可由48%降至7.9%,其它浓度下的测量误差小于5%。同时,由于噪声被很好抑制,检测系统的测量标准差小了1个量级,从而改善了系统稳定性。本文的小波去噪方法也可用于具有类似机理的红外气体检测系统中以改善性能指标。     

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技术的空气气压精确测量

基于可调谐激光二极管吸收光谱(TDLAS)技术,通 过测量水汽吸收线的展宽,实现了气体压力的精确测量。实验中光源被 分为两束,一束通过压力可调的样品池获得吸收光谱数据,另一束通过FP标准具用以波 长定标。选取 水汽在7243cm－1附近的两条吸收线, 利用测得的10～20kPa之间的水汽吸收线压力展宽值对 HITRAN数据库中的空气展宽系数进行校正。实时测量了参考气压值从30～100kPa时的 水汽吸收线压力展宽,计算得到气压值并与参考气压进行比较,不同参考压力下利用水汽7243.075cm－1 和7242.370cm－1处吸收峰计算结果与参考气压值的偏差分别分布于0.9%附近和2.0%附近,两条吸收谱线 测量结果波动均小于0.2%。实验测量结果与参考值几乎一致,且同一条件不同次测量结果波 动较小,证明了TDLAS技术应用于实时环境气压精确快速测量的可行性。     

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技术气体检测二次谐波信号的仿真与分析

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术结合半导体激光器可调谐的特点及气体分子对特定波长能量光的吸收特性,凭借灵敏度高、响应时间短等优势广泛应用于气体浓度检测。TDLAS技术气体浓度检测包括波长调制、气体吸收、二次谐波解调等环节,吸收信号的二次谐波分量携带气体浓度信息,用于计算气体浓度。利用MATLAB对气体检测过程进行了信号仿真,并利用数字锁相放大算法提取了二次谐波信号,验证了二次谐波与气体浓度的关系。通过仿真分析了二次谐波信号随调制系数的变化关系,以便确定较佳的调制参数,为后续系统搭建与气体检测实验提供参考。     

可调谐二极管激光光谱技术测量燃烧环境下H2O浓度的实验设计

水蒸气是碳氢化合物燃烧的主要产物之一,对其浓度进行测量具有重要的意义.在已有理论基础上推导选择了最佳的拟合线型函数(Voigt线型),结合HITRAN数据库选择了在实验室现有条件下理想的吸收线.理论分析了用两条相邻吸收线的线强比计算温度的可行性,在此基础上建立了一套基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的实验装置,为进一步实验打下了良好的基础.