基于TDLAS技術的氣體參數(shù)測量研究.pdf

1、在工程領域中，常常需要實時監(jiān)測某些特定區(qū)域氣體組分的溫度、濃度、流速等特征參數(shù)，以研究其溫度、濃度、流動狀態(tài)對工作過程和性能的影響?？烧{諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)技術以其高分辨率和非侵入式的優(yōu)勢成為氣體參數(shù)監(jiān)測的一個很好的工具。該技術包括直接吸收(DA)和波長調制光譜(WMS)兩種方法。波長調制光譜以其高靈敏度的檢測優(yōu)勢而成為氣體參數(shù)監(jiān)測的首選。
　　本文首先介紹了一種基于TDLAS的免標定調制光譜測量氣體參數(shù)的方法。其利

2、用最小二乘擬合算法通過對仿真和實驗測量得到的1f歸一化的諧波波形進行擬合來得到所需的目標氣體的測量參數(shù)。這種新的分析方法與以往方法相比存在三個不同點:(1)利用波長掃描的波長調制方法得到的調制光強MI0來仿真透射光強SIt;(2)利用參數(shù)設置相同的虛擬數(shù)字鎖相和低通濾波軟件來對測量和仿真得到的透射光強信號進行分析，從而得到所需的諧波信號;(3)利用諧波信號，通過最小二乘擬合算法來對待測目標氣體的參數(shù)進行求解。
　　接著，利用吸收譜

3、線獨立的H2O的溫度、濃度同時測量的實驗對該方法進行了驗證。通過頻分復用的方法，利用光纖耦合器將1397nm和1392nm兩個激光器發(fā)出的近紅外調制光耦合在一起，然后，將其通入有效光程長15cm的管式爐中，在常溫、常壓的實驗條件下，利用7168.437 cm-1和7185.6 cm-1兩條譜線對H2O的溫度和濃度進行多參數(shù)測量實驗。進而以H2O的吸收譜線中心v0和吸光度A作為自由擬合變量，對測量和仿真得到的1f歸一化的二次諧波波形進行最

4、小二乘擬合。之后，再利用擬合得到的兩條譜線的吸光度進行待測H2O溫度T的求解。待測溫度T得到后，利用其中一條譜線的吸光度A對其濃度進行計算。測量結果顯示，1f歸一化的仿真諧波信號與實驗測量得到的諧波信號的整個波形都能很好的吻合。而且測量得到的溫度、濃度的相對誤差都分別在1.01％和2.27％以內。
　　然后，該方法又在吸收譜線交疊嚴重的NH3濃度的免標定測量實驗中進行了驗證。在常溫常壓下，利用6612.7258cm-1附近的吸收譜

5、線對NH3的濃度進行實驗測量。將吸收譜線中心v0和待測NH3的濃度腓為擬合變量，對測量和仿真得到的1f歸一化的二次諧波波形（低濃度下需要去背景）進行最小二乘擬合。結果顯示，仿真和測量到的1f歸一化的二次諧波波形能夠很好的擬合。而且最后測量得到的濃度相對誤差在5％以內。
　　通過不同測量條件下的實驗驗證，得到如下結論:該方法實現(xiàn)起來比較簡便，使用虛擬數(shù)字鎖相和低通濾波器來從仿真透射光強中提取諧波信號避免了復雜的傅里葉分析。這種新的分