基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的H2O浓度和温度测量

摘要

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)对气体浓度及温度的测量，具有响应时间快、测量精度高、测量系统简单的优势，易于实现实时在线监测。同时该方法是非接触式测量，对恶劣环境下的气体参数测量具有非常好的适应性。近年来半导体激光器制造技术迅速发展，激光器在性能越来越稳定的同时价格更加便宜，因此TDLAS技术有着广泛的工业应用前景
　　本文采用中心波长位于1397nm的半导体激光二极管对自制柴油燃烧炉高温燃烧火焰中的H2O进行测量。实验选择了1397.75nm和1397.87nm H2O吸收谱线对，并且计算了此谱线对线强比值R与温度的关系。首先通过对燃油炉进风量的控制，产生不同的燃烧工况。然后利用直接吸收方法测量得到不同工况下的吸收信号，再对信号数据处理时排除了火焰背景信号，实现了温度和H2O浓度的同时测量。将实验结果与去其他测量方法对比，验证了实验结果的准确性。
　　生活垃圾炉排炉是处理生活垃圾的重要设备，需要对其运行状况时刻进行检测。而将TDLAS技术应用于工业现场是一项值得探索的研究工作。本文利用直接吸收与波长调制技术对生活垃圾焚烧炉烟道处的H2O进行了在线连续检测。通过对波长调制技术测得的二次谐波信号的处理得到了H2O浓度的变化趋势和烟道内的平均温度，将其与热电偶测量结果对比，两者误差范围在4.1％以内。通过直接吸收方法得到了烟道内H2O浓度，浓度结果与Gasmet所测结果对比一致，误差在5％以内。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 TDLAS技术与其他常用测量方法

1．1．1 气体检测常用测量方法

1．1．2 光谱气体检测技术

1．2 TDLAS技术研究现状与应用

1．3 本文主要研究方向

2 光谱吸收原理与基本实验设备

2．1 激光吸收理论基础

2．2 直接吸收测量原理

2．3 波长调制测量原理

2．4 TDLAS试验设备

2．5 本章小节

3 自制燃油炉内H2O浓度与温度测量

3．1 H2O测量的背景及意义

3．2 直接吸收方法测量气体温度原理与吸收谱线选择

3．3 H2O吸收谱线的标定

3．4 H2O浓度和温度测量系统

3．5 H2O浓度测量结果及分析

3．6 本章小结

4 生活垃圾焚烧试验台内H2O浓度和温度的同时测量

4．1 垃圾焚烧测量的背景及意义

4．2 波长调制方法测量气体温度的原理

4．3 波长调制实验系统

4．4 波长调制实验结果及分析

4．4．1 激光强度对气体测量的影响及修正

4．4．2 温度测量结果

4．4．3 波长调制方法测量浓度结果

4．4．4 直接吸收浓度测量结果

4．5 本章小结

5 全文总结及展望

5．1 全文总结

5．2 本文创新点

5．3 研究展望

参考文献

作者简历