TDLAS高溫氣體測(cè)量系統(tǒng)的譜線選擇及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、燃燒是世界上使用最廣泛的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)。對(duì)燃燒過程中重要燃燒參數(shù)的測(cè)量和監(jiān)測(cè)，對(duì)于理解燃燒過程、改進(jìn)燃燒效率以及減少大氣污染物的排放有著至關(guān)重要的意義。隨著近年來光學(xué)非接觸式氣體檢測(cè)技術(shù)的迅速發(fā)展，基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的吸收光譜氣體測(cè)量技術(shù)（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS），因其高靈敏性、高精度的光譜分辨率、快速響應(yīng)性、非接觸性以及多參數(shù)同時(shí)檢測(cè)等優(yōu)勢(shì)，成為了當(dāng)前氣體實(shí)

2、時(shí)在線檢測(cè)的代表性技術(shù)之一，為對(duì)燃燒中關(guān)鍵參數(shù)如氣體溫度、濃度等重要參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)量提供了有效的方法和途徑。本文研究的主要目的是利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)，對(duì)適用的H2O吸收譜線進(jìn)行篩選，對(duì)所選譜線溫度特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，為最終實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐燃燒溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量提供參考。
　　本文首先簡(jiǎn)要概述了課題研究的背景、意義和主要技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。然后對(duì)TDLAS技術(shù)的基本原理作了闡述，包括氣體分子吸收光譜學(xué)基本理論、比爾-朗伯定律、TDLA

3、S技術(shù)的主要實(shí)現(xiàn)方式以及兩線法溫度測(cè)量的基本原理。在進(jìn)行TDLAS測(cè)量之前最重要的一步便是選出最優(yōu)譜線對(duì)，為此利用MATLAB軟件強(qiáng)大的GUI功能，開發(fā)了一款用于TDLAS譜線選擇的工具軟件，該軟件可實(shí)現(xiàn)快速讀取HITRAN光譜數(shù)據(jù)庫(kù)、有效計(jì)算光譜各參數(shù)并繪圖，用于最優(yōu)譜線對(duì)選擇。對(duì)選線經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則的研究，有助于幫助更好的理解并制定滿足應(yīng)用要求的選線標(biāo)準(zhǔn)。通過選線軟件的仿真計(jì)算以及相應(yīng)的選線準(zhǔn)則，選取了在近紅外1547nm附近的兩條H2O吸

4、收譜線1547.68nm和1547.84nm作為目標(biāo)吸收譜線進(jìn)行氣體溫度特性實(shí)驗(yàn)測(cè)量。在已有的TDLAS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，先對(duì)所使用的DFB激光器的調(diào)諧特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，在充分了解激光器特性的基礎(chǔ)上，對(duì)所選譜線的調(diào)制深度進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，為二倍頻法的使用奠定基礎(chǔ)。利用直接吸收法和二倍頻法進(jìn)行了TDLAS氣體譜線溫度特性測(cè)量的初步實(shí)驗(yàn)，包括實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等，最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可能存在的問題和原