TDLAS

摘要： 为了实现土壤呼吸CO_(2)浓度的实时高精度检测,利用可调谐激光二极管吸收光谱技术,以三路怀特池作为光学传感器,设计了开放式土壤呼吸CO_(2)浓度在线监测实验系统,并配套上位机数据处理软件。在实验室对实验系统进行了测试和标定,测试结果显示:该系统三路传感器检测下限分别为7.45、4.14、4.11μL/L,三路传感器的浓度波动范围均小于1.1%,浓度标定线性度均达到0.998以上。试验结果表明该在线监测实验系统可以精准检测土壤呼吸动态变化规律。

摘要： 提高作物的光合作用速率是作物高产育种的有效途径之一。目前主要采用红外气体分析法测定光合作用速率,方法原理可靠、技术成熟,但红外光源易受野外复杂工作环境的影响,尤其是环境温度的变化,因此红外分析法在定量分析的任务需求中测定误差较大且对浓度极低或浓度变化极弱的气体检测精度不高。针对上述问题,首先提出将可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术应用到植物光合速率测定领域,用二次谐波峰值差表征单位采样时间内光合作用气体CO_(2)痕量浓度的相对变化量;其次,建立基于萤火虫算法优化的宽度学习(FA-BLS)环境补偿模型,模型中每只萤火虫的位置信息对应表征宽度学习网络(BLS)权值和阈值的一组可行解,通过萤火虫不断迭代和更新优化来寻找亮度最高的萤火虫位置,即生成使得模型性能最佳的权值和阈值;最后,利用模型输出的补偿值对存在环境影响的原始二次谐波峰值差进行补偿,进而由补偿后的二次谐波峰值差反演得到单位采样时间内的净光合速率。实验结果表明,萤火虫种群规模和BLS网络增强层节点数是影响TDLAS-FA-BLS模型输出误差的重要因素,相比卷积神经网络(CNN)和长短期记忆网络(LSTM)两种深度学习网络,基于TDLAS-FA-BLS的光合速率测定模型很好地继承了BLS网络训练速度快、迭代时间短的优点,平均测量时间仅为0.81s,模型输出误差小,模型预测输出与测试集数据的卡方距离仅为0.29×10^(-4),同时模型输出误差的样本方差和样本标准差均比BLS小,说明FA-BLS模型克服了BLS因随机选取参数导致网络输出结果不稳定和泛化性不高的缺陷,因此,基于TDLAS-FABLS的植物净光合速率测定方法,能够很好地满足在实际农业生产中野外复杂工作环境下测定光合速率的高精度、实时性、稳定可靠等需求。

摘要： 基于双谱线的激光吸收光谱技术具有测试精度较高、响应速度快等优点,常被应用于燃烧场和爆炸场的温度测量中,但在测试中,容易受到环境等因素的影响,带来较大的测试误差。本文基于双谱线吸收光谱技术,选择波数分别为7182.94962 cm^(-1)和7179.7524 cm^(-1)的两条水分子吸收谱线,研发了温度快速测试系统,测试周期为500μs,并对高温炉内的温度测试技术开展了相关研究。实验结果表明,通过双谱线直接计算得到的温度误差较大,在综合考虑了环境因素和邻近谱线干扰因素情况下,对温度计算结果进行了相应的修正,经过修正之后,温度测试精度得到极大的提高,误差约为5%。因此,测试方案和测温系统具有较高的准确性,为后续燃烧和爆炸等瞬态温度场测试技术研究奠定基础。

摘要： 由于HITRAN数据库中NH_(3)在4296—4302 cm^(–1)范围的谱线参数主要源于理论计算,与实际情况存在差异.为了修正数据库中该范围内NH_(3)的谱线参数,本文利用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术和计量学理论,测量2—10 Torr(1 Torr=133.322 Pa)高纯NH_(3)在4296—4302 cm^(–1)范围内的吸收光谱,综合考虑压强、温度、气池光程、波数、线型拟合等主要影响因素,对NH_(3)在该波段的主要吸收谱线的线强和自展宽系数进行了反演和不确定度计算.测量得到的线强与同行最新测量结果偏差在20%以内,自展宽系数与HITRAN2020数据库偏差在14%以内,二者的不确定度范围分别为0.63%—2.7%和0.77%—5.4%,均小于HITRAN数据库中的不确定度范围10%—20%,测量的部分谱线光谱参数在HITRAN中没有记录,本文获得的结果对于补充和修正HITRAN数据中4296—4302 cm^(–1)范围NH_(3)的谱线参数具有参考意义.

摘要： 针对大截面烟道单点测量不具代表性的问题,提出基于原位取样技术的氨逃逸分布式在线监测方法,并对该测量技术进行现场应用。测量结果表明,该原位取样测量仪表因取样路径极短,可在工况变化时迅速做出响应;同时因该仪表直接在烟道内部完成取样及测量,可保证测量样气不失真;配合多通道分析仪可精确测量脱硝后各分区氨逃逸率的同步数据,快速反映各分区喷氨阀门的开度是否合适,为脱硝喷氨分区阀门开度调整提供依据,进一步指导精细化喷氨,降低运行成本及环境污染。同时可最大程度降低因氨逃逸过高造成的机组停机等运行风险。

摘要： 可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)是一种能够在工业应用中实现对气体组分浓度和温度场甚至速度场测量的检测技术。在TDLAS检测技术中,如何实现输出波长与待测气体吸收波长的精确校准是问题的关键。在本文中,我们采用温度调谐来观察温度对输出波长产生的影响。在温度调节中,温度的变化会引起腔体内部气体折射率的变化,而折射率变化会影响内部光学系统,使输出波长发生变化,我们采用DFB激光器管芯(分布反馈激光器)作为发光芯片,制作出了测量甲烷气体浓度的激光器。该激光器内部温度每上升1°C,波长向长波方向漂移0.1 nm,每降降低1°C,中心波长向短波方向增加0.1 nm。

摘要： 在碳中和的国际大背景下,精确可靠地定量测量大气温室气体浓度对实现碳中和目标具有重要意义,开发测量结果可直接溯源至国际单位制SI的气体分析仪是精确可靠监测温室气体浓度的重要方法。可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是常用的气体浓度测量方法,根据比尔-朗伯定律,实现仪器的测量浓度直接溯源至SI的必要条件之一是可直接溯源的气池光程,气池光程的不确定度直接影响气体浓度的测量不确定度,对气池光程的可溯源精确测量有利于发展测量结果可直接溯源的气体分析仪。针对光程标称为81 cm的三次反射型气池光程可溯源测量需求,使用校准的米尺测量该气池光程得到的直接测量结果为(81.21±0.80)cm,较大的测量不确定度(0.80 cm)是综合考虑定位误差和三段光路与测量路径可能不重合导致的测量误差估算得到的。为了减小测量不确定度,本文搭建了TDLAS气池光程测量系统,测量系统以1576 nm分布式反馈激光器为光源,通过在激光控制器上加载斜坡扫描电压来测量待测气池内标准高纯二氧化碳(CO_(2),99.999%)在6344.68 cm^(-1)附近的吸收光谱,使用测量结果可直接溯源的压力传感器和温度传感器分别测量气池内的压强和气体温度,采用美国国家标准技术局最新测量得到的30012-00001跃迁带P 4e支线强(相对标准不确定度为0.15%)反演气池光程,使用二次速度依赖Voigt线型精确拟合不同气压(36~75 Torr)下的光谱吸光度信号获得对应气压的积分吸光度,全面分析各参量的测量不确定度及其传递过程,对不同气压下的积分吸光度进行线性回归分析,计算得到可直接溯源的气池光程为(81.61±0.42)cm,相对标准不确定度为0.51%,测量不确定度范围落在直接测量结果范围内,测量不确定度小于直接测量结果。本文气池的光路结构是多次反射长光程气池的简化,该系统同样适用于多次反射长光程气池光程的可溯源测量。

摘要： 针对TDLAS高温测量时,吸收光谱容易受到探测器和硬件电路高频噪声干扰,进而影响温度测量准确度和探测灵敏度等问题,提出了一种基于主成分分析的去噪方法。首先将原始吸光度列向量进行矩阵化排列;然后通过主成分分析将其分解为主成分矩阵和得分矩阵;取合适的主成分数,利用截取部分主成分矩阵和得分矩阵重构原始数据,其中截留的主成分代表原始数据主要信息,而剔除的部分仅包含噪声信息。实验结果表明该方法用于TDLAS测量水蒸气温度,噪声去除率达81%,温度解算标准差从8.9降至5.3。

摘要： 气体压力光学非接触测量是目前激光技术重要应用领域之一,其中气压测量过程中温度耦合问题是现在面临的研究难点。故而提出一种光谱测量技术与激光干涉技术组合测量方法,通过积分吸光度和折射率融合的方式实现气体压力、温度解耦的目的。分析可调谐半导体激光光谱技术(TDLAS)的直接吸收法测量原理和基于折射率的激光干涉测量原理,建立基于吸收光谱的气压测量模型和基于折射率的激光干涉气压测量模型,通过利用三次多项式拟合吸收谱线强度函数的方式,建立了基于积分吸光度和折射率的气体压力、温度解耦的数学模型。实验搭建了基于TDLAS技术和激光干涉技术的气体压力检测系统,采用中心波长为2004 nm的可调谐半导体激光器和波长为632.8 nm的激光干涉仪,气室长度为24.8 cm,将CO 2作为研究对象,并以高精度压力控制器和温度传感器的测量结果分别作为压力温度参考值,以真空为背景信号,在室温环境中测量并计算出气体压力变化后积分吸光度值和折射率值,进而解算得到气体压力和温度值。实验结果显示:压力测量结果最大相对误差为3.61%,最小相对误差为0.5%,测量平均相对误差为1.99%;在以开尔文温度为前提下,温度解算结果最大绝对误差为7.66 K,最小绝对误差为0.78 K,测量平均绝对误差为3.29 K,测量结果与参考结果具有较高的吻合度,该研究可为以后光学法测量气体压力温度影响分析提供参考。

摘要： 可调半导体激光光谱技术(TDLAS)可实现温度、组分浓度等多参数同时测量,具有体积小、响应速度快、环境适应性高等优点,逐渐成为燃烧流场诊断的主要手段之一.TDLAS光谱测量常采用直接吸收技术和波长调制技术,其中强度归一化的波长调制技术,适合存在振动、湍流等致光束偏转效应和强辐射本底等恶劣应用环境条件的燃气轮机流场参数测量.基于TDLAS技术,开展了1 f归一化波长调制技术燃气轮机燃烧室温度、组分浓度参数测量方法研究和实验室验证工作,并在某燃气轮机单喷嘴台架进行了冷态、热态试验验证,实现了燃气轮机燃烧室沿气流方向温度及H2 O、C H4浓度二维分布测量.采用1 f归一化波长调制技术抑制台架振动、热辐射背景噪声,采用1392,1469和1343 nm蝶形封装的DFB激光器,三支激光器的出光方式为时分复用,选取H2 O的7185.6,6807.83和7444.3 cm-1处的吸收线,两两组合使用,测量热态下一定范围内的温度和H2 O浓度;采用1654 nm蝶形封装的DFB激光器,选取CH4的6046.96 cm-1处的吸收线进行冷态CH4浓度测量.实验室对测量系统可靠性进行验证,配置4％ ～6％ 范围内的C H4气体进行测量并与实际值对比,浓度测量最大相对偏差为3.72％;在高温炉中设定900～1500 K范围内的温度台阶,充入纯水汽,计算不同设定温度和压力下的温度和浓度测量值,温度测量最大相对偏差3.07％,浓度测量最大相对偏差为-2.00％,验证了该测量系统的可靠性.台架燃气轮机实验中,集成了一套小型化测量仪器,设计多束激光收发一体的测量结构.实验采用两个电动位移台,搭载测量结构,每间隔5 mm逐点移动采样,对燃气轮机燃烧室300 mm×60 mm的燃烧区域进行测量,获取了若干工况下冷热态结果.通过双三次插值的方法绘制分辨率为0.5 mm的二维流场分布图,结果分别反映了测量区域范围内C H4和火焰分布的真实状态.为燃气轮机喷嘴燃料、空气掺混情况和燃烧特性研究提供了新的研究方法和技术手段.

摘要： 本发明提供一种基于TDLAS的激光驱动装置，所述激光驱动装置和激光器连接，所述激光驱动装置包括激光驱动器、直流信号发生器、调制信号发生器和信号叠加发生器；激光驱动器分别与直流信号发生器和调制信号发生器连接，用于控制直流驱动信号的扫描范围和正弦波信号的频率；信号叠加发生器分别与直流信号发生器和调制信号发生器连接，用于将直流驱动信号和正弦波信号进行叠加生成激光驱动信号并将所述激光驱动信号输出至所述激光器，其中，激光驱动信号用于控制激光器输出电流的大小。

摘要： 本发明提供一种基于TDLAS的激光驱动装置，所述激光驱动装置和激光器连接，所述激光驱动装置包括激光驱动器、直流信号发生器、调制信号发生器和信号叠加发生器；激光驱动器分别与直流信号发生器和调制信号发生器连接，用于控制直流驱动信号的扫描范围和正弦波信号的频率；信号叠加发生器分别与直流信号发生器和调制信号发生器连接，用于将直流驱动信号和正弦波信号进行叠加生成激光驱动信号并将所述激光驱动信号输出至所述激光器，其中，激光驱动信号用于控制激光器输出电流的大小。

摘要： 本发明公开了一种基于TDLAS的气体浓度测量方法及系统，包括：获取环境参数和光谱参数；采集激光的光谱吸收数据，计算对数吸光度的最大值；计算lorentz线型下的最大FWHM；利用浓度计算公式计算气体的近似浓度，作为初始的迭代值并将其赋值于X1；用X1计算lorentz线型下的FWHM；利用近似浓度值计算Voigt线型下的Φv(ν0)；将Φv(ν0)代入浓度计算公式计算浓度X2；判断X1和X2的差值的绝对值是否小于预设值，若小于预设值，则输出X1为计算浓度；否则改变X1的值重新计算lorentz线型下的FWHM。本发明无需借助额外辅助测量工具，极大的极少计算复杂度，提高浓度检测效率。

摘要： 本发明涉及气体检测技术领域，且公开了基于TDLAS技术的温室气体检测装置，包括激光探头，所述激光探头的下方固定连接有发射杆，所述激光探头的上方固定连接有滑轮，所述滑轮的后端活动连接有滑轨，所述滑轨的上方贴合有壳体；该基于TDLAS技术的温室气体检测装置，通过激光探头、发射杆、滑轮、滑轨、壳体、控制箱、传输管、接收板、吸收棉之间的关系，在使用时，该检测装置能够通过激光检测技术对内部的温室气体进行成分检测，且基于TDLAS的技术，采用激光的检测的同时，内部的激光发射杆能够通过滑轮控制激光探头整体进行移动，从而能够控制该装置整体进行距离角度调节，且通过接收板与吸收棉对外部环境中的空气进行采集以及过滤杂质。

摘要： 本发明公开了一种基于曲率的TDLAS露点测量信号增强方，首先在露点测量信号中，根据长度为N的移动窗口在第n个时刻的点的左右各取个点，得到数据序列，计算N个数值的平均值，并作为第n个时刻的数值；若数据序列是非线性分布时，首先通过公式计算第N个数据的曲率，再根据曲率通过公式对平均值进行修正；本发明针对TDLAS露点测量信号增强的问题，并考虑到数据序列的非线性特征导致滑动平均值的结果出现较大误差的问题，对数据序列的非线性特征导致滑动平均值的结果出现的较大误差进行修正，以降低噪声的影响。

摘要： 本发明公开了一种基于TDLAS技术的气波管内波系运动的检测方法，在气波管内通入含某组分的气体，通过TDLAS设备可实现非接触式采集管内因气波运动产生的光强变化信号；并对光强信号进行处理，从而得到管内特定气体组分的浓度信号特征量，以实现对高频非定常波系运动特征的检测。本发明所采用的光学检测是一种非接触式在线检测方法，检测装置简单、安全、环保，响应频率快，填补了非定常气波检测领域的空白。

摘要： 本发明提供一种基于数字调制的TDLAS气体分析系统，包括：主机和辅机，所述主机包括：FPGA控制采集板，用于生成数字锯齿波信号、1f数字正弦波信号以及2f数字正弦波信号，并发送给信号叠加模块；信号叠加模块，用于将接收到的信号转变为驱动DFB激光器发射红外光的驱动信号；DFB激光器，用于发送红外光穿过尾气到达所述辅机的角镜；角镜，用于将接收到的红外光反射回所述主机内的光电探测器。本发明既可以通过网络远程调节电信号的幅值和频率以及扫描信号的幅度和调制信号与参考信号的相位，以获得最优待测气体特征吸收峰波形，提高尾气检测的效率和效果且降低人工成本，利用负压装置和升降机构可以进一步提高待测气体浓度测量的准确度。

摘要： 本发明公开一种基于TDLAS的气体检测系统与方法，包括：气体吸收池，两端均设有可导通的光纤；信号发生器，用于产生载波信号；激光发射器，用于接收载波信号产生对应的载波光信号；光电探测管，用于将携带待检测气体信号的已调光信号转换为对应大小的光电流；运算放大器，同相输入端与信号发生器连接，反相输入端与光电探测管的阴极端连接；处理模块，与运算放大器的输出端连接，得到待检测气体的含量信息。本发明可提升检测结果的精准度：通过携带有待检测气体信息的已调光信号及与载波信号同步作用，抵消载波信号，直接得到气体吸收光强的信息。

摘要： 本发明公开了一种用于TDLAS煤粉锅炉炉膛气体测量的发射光功率管理方法，本发明方法通过在锅炉冷机状态、锅炉起机初期、锅炉起机中期及锅炉起机后期过程中，对半导体激光器、光功率放大器、分束器、光开关以及光电探测器的参数进行自适应调节，能够保证在锅炉冷机状态下，光电探测器不会因过高的光功率而受到损坏，也能保证在锅炉起机过程中输入到光电探测器的光功率始终处在光电探测器的线性范围内，并能够保证锅炉起机过程中，光电探测器输出足够的电压，以利于采集卡进行数据采集。所述发射光功率管理方法能够克服煤粉锅炉从冷机状态至完全起机过程中，TDLAS测量系统中的探测器接收到光功率存在超大动态范围的问题。

摘要： 本发明提供了一种TDLAS抽取式管式烟冷器泄漏监测系统及方法，该系统包括：样品采集模块，所述样品采集模块连接样品分析模块，所述样品分析模块连接数据处理与展示模块，所述数据处理与展示模块连接智能预警模块；所述样品采集模块用于对管式烟冷器的烟道内的烟气样品进行采集；所述样品分析模块用于对采集的烟气样品进行分析；所述数据处理与展示模块用于对样品分析模块分析得到的数据进行处理及展示；所述智能预警模块用于根据数据处理结果进行智能预警。本发明提供的TDLAS抽取式管式烟冷器泄漏监测系统及方法，测量精度高，避免了因负荷过大或烟道环境差造成无法监测的情况，能够对管式烟冷器的泄漏情况进行实时监测。