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2.0 μm处CO2高温谱线参数测量研究

陈玖英 刘建国 何亚柏 王辽 冮强 许振宇 姚路 袁松 阮俊 何俊峰 戴云海 阚瑞峰

2.0 μm处CO2高温谱线参数测量研究

陈玖英, 刘建国, 何亚柏, 王辽, 冮强, 许振宇, 姚路, 袁松, 阮俊, 何俊峰, 戴云海, 阚瑞峰
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  • 研究高温下待测气体的谱线属性, 如谱线强度、自加宽系数、空气加宽系数、温度系数等, 为高温环境中可调谐半导体激光吸收光谱技术反演温度、浓度、速度及其场分布提高精度和可靠性起着十分重要的作用. HITEMP数据库中的数据基本上是理论计算结果, 与实际情况存在相当的误差. 为了获得所选2.0 μm处的可用于燃烧诊断的CO2谱线参数, 本文采用半导体激光器作为光源, 结合实验室的高温测量系统, 记录了700–1300 K温度范围内所选谱线的高温吸收光谱, 获得了各谱线在相应温度下的谱线强度、自展宽系数及温度系数等谱线参数. 测量得到CO2的5006.978 cm-1和5007.7874 cm-1谱线强度与理论计算值相对误差小于11%; 获得了现有数据库缺少的温度系数和高温下自展宽系数数据. 所有各项参数对以后将要进行的燃烧诊断中的CO2浓度检测有很大帮助.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61108034)、国家自然科学基金青年科学基金(批准号: 61205151)和中国科学院战略性先导科技专项(批准号: XDA05040102)资助的课题.
    [1]

    Chen J Y, Liu J G, He Y B, Xu Z Y, Li H, Yao L, Yuan S, Ruan J, He J F, Kan R F 2012 Chin. J. Lasers 39 1108004 (in Chinese) [陈玖英, 刘建国, 何亚柏, 许振宇, 李晗, 姚路, 袁松, 阮俊, 何俊峰, 阚瑞峰 2012 中国激光 39 1108004]

    [2]

    Xu Z Y, Liu W Q, Liu J G, He J F, Yao L, Ruan J, Chen J Y, Li H, Yuan S, Geng H, Kan R F 2012 Acta Phys. Sin. 61 234204 (in Chinese) [许振宇, 刘文清, 刘建国, 何俊峰, 姚路, 阮俊, 陈玖英, 李晗, 袁松, 耿辉, 阚瑞峰 2012 物理学报 61 234204]

    [3]

    Che L, Ding Y J, Peng Z M, Li X H 2012 Chin. Phys. B 21 127803

    [4]

    Song J L, Hong Y J, Wang G Y, Pan H 2012 Acta Phys. Sin. 61 240702 (in Chinese) [宋俊玲, 洪延姬, 王广宇, 潘虎 2012 物理学报 61 240702]

    [5]

    Linnerud I, Kaspersen P, Jæger T 1998 Appl. Phys. B 67 297

    [6]

    Teichert H, Fernholz T, Ebert V 2003 Appl. Opt. 42 2043

    [7]

    Palaghita T I, Seitzman J M 2006 44m th AIAA Aerospace Sciences Meeting Reno, Nevada, Jan. 9–12, 2006

    [8]

    Allemand B, Savine B M, Bruchet P, Januard F, Laurent J 2004 Appl. Phys. B 78 503

    [9]

    Allen M G 1998 Measur. Sci. Technol. 9 545

    [10]

    Mattison D W 2006 Ph. D. Dissertation (California: Stanford University)

    [11]

    Wehe S D 2000 Ph. D. Dissertation (California: Stanford University)

    [12]

    Toth R A, Brown L R, Miller C E, Devi V M, Benner D C 2006 J. Molecul. Spectrosc. 239 243

    [13]

    Toth R A, Miller C E, Devi V M, Benner D C, Brown L R 2007 J. Molecul. Spectrosc. 246 133

    [14]

    Toth R A, Brown L R, Miller C E, Devi V M, Benner D C 2008 J. Quantit. Spectrosc. Radiat. Trans. 109 906

    [15]

    L X J, Weng C S, Li N 2012 Acta Phys. Sin. 61 234205 (in Chinese) [吕晓静, 翁春生, 李宁 2012 物理学报 61 234205]

    [16]

    Bharadwaj S P, Modest M F 2007 J. Quantit. Spectrosc. Radiat. Trans. 103 146

    [17]

    Cai T D, Wang G S, Chen W D, Zhang W J, Gao X M 2009 Spectroscopy and Spectral Analysis 29 1463 (in Chinese) [蔡廷栋, 王贵师, 陈卫东, 张为俊, 高晓明 2009 光谱学与光谱分析 29 1463]

    [18]

    Rothman L S, Gordon I E, Barber R J, Dothe H, Gamache R R, Goldman A, Perevalov V I, Tashkun S A, Tennyson J 2010 J. Quantit. Spectrosc. Radiat. Trans. 111 2139

    [19]

    Leleux D P 2002 Ph. D. Dissertation (Houston: Rice University)

    [20]

    Hong Z K 2005 Ph. D. Dissertation (Toronto: University of Toronto)

  • [1]

    Chen J Y, Liu J G, He Y B, Xu Z Y, Li H, Yao L, Yuan S, Ruan J, He J F, Kan R F 2012 Chin. J. Lasers 39 1108004 (in Chinese) [陈玖英, 刘建国, 何亚柏, 许振宇, 李晗, 姚路, 袁松, 阮俊, 何俊峰, 阚瑞峰 2012 中国激光 39 1108004]

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    Xu Z Y, Liu W Q, Liu J G, He J F, Yao L, Ruan J, Chen J Y, Li H, Yuan S, Geng H, Kan R F 2012 Acta Phys. Sin. 61 234204 (in Chinese) [许振宇, 刘文清, 刘建国, 何俊峰, 姚路, 阮俊, 陈玖英, 李晗, 袁松, 耿辉, 阚瑞峰 2012 物理学报 61 234204]

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    Linnerud I, Kaspersen P, Jæger T 1998 Appl. Phys. B 67 297

    [6]

    Teichert H, Fernholz T, Ebert V 2003 Appl. Opt. 42 2043

    [7]

    Palaghita T I, Seitzman J M 2006 44m th AIAA Aerospace Sciences Meeting Reno, Nevada, Jan. 9–12, 2006

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    Allemand B, Savine B M, Bruchet P, Januard F, Laurent J 2004 Appl. Phys. B 78 503

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    Allen M G 1998 Measur. Sci. Technol. 9 545

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    Mattison D W 2006 Ph. D. Dissertation (California: Stanford University)

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    Wehe S D 2000 Ph. D. Dissertation (California: Stanford University)

    [12]

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    Toth R A, Brown L R, Miller C E, Devi V M, Benner D C 2008 J. Quantit. Spectrosc. Radiat. Trans. 109 906

    [15]

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    [16]

    Bharadwaj S P, Modest M F 2007 J. Quantit. Spectrosc. Radiat. Trans. 103 146

    [17]

    Cai T D, Wang G S, Chen W D, Zhang W J, Gao X M 2009 Spectroscopy and Spectral Analysis 29 1463 (in Chinese) [蔡廷栋, 王贵师, 陈卫东, 张为俊, 高晓明 2009 光谱学与光谱分析 29 1463]

    [18]

    Rothman L S, Gordon I E, Barber R J, Dothe H, Gamache R R, Goldman A, Perevalov V I, Tashkun S A, Tennyson J 2010 J. Quantit. Spectrosc. Radiat. Trans. 111 2139

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    Leleux D P 2002 Ph. D. Dissertation (Houston: Rice University)

    [20]

    Hong Z K 2005 Ph. D. Dissertation (Toronto: University of Toronto)

  • [1] 宋俊玲, 洪延姬, 王广宇, 潘虎. 基于激光吸收光谱技术的燃烧场气体温度和浓度二维分布重建研究. 物理学报, 2012, 61(24): 240702. doi: 10.7498/aps.61.240702
    [2] 张亮, 刘建国, 阚瑞峰, 刘文清, 张玉钧, 许振宇, 陈军. 基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的高速气流流速测量方法研究. 物理学报, 2012, 61(3): 034214. doi: 10.7498/aps.61.034214
    [3] 聂伟, 阚瑞峰, 许振宇, 姚路, 夏晖晖, 彭于权, 张步强, 何亚柏. 基于TDLAS技术的水汽低温吸收光谱参数测量. 物理学报, 2017, 66(20): 204204. doi: 10.7498/aps.66.204204
    [4] 宋晓书, 令狐荣锋, 吕 兵, 程新路, 杨向东. 渐近非对称陀螺分子H122C16O的高温光谱. 物理学报, 2008, 57(6): 3440-3445. doi: 10.7498/aps.57.3440
    [5] 李炳乾, 郑同场, 夏正浩. GaN基蓝光发光二极管正向电压温度特性研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7189-7193. doi: 10.7498/aps.58.7189
    [6] 余春日, 宋晓书, 程新路, 杨向东, 闫安英. 对称陀螺分子NH3的高温谱线强度研究. 物理学报, 2009, 58(1): 223-228. doi: 10.7498/aps.58.223
    [7] 王敏锐, 蔡廷栋. 1.5μm处CO2与CO高温线强的实验分析与理论计算. 物理学报, 2015, 64(21): 213301. doi: 10.7498/aps.64.213301
    [8] 张锐, 赵学玒, 赵迎, 王喆, 汪曣. 激光器特性在痕量气体检测中的影响. 物理学报, 2014, 63(14): 140701. doi: 10.7498/aps.63.140701
    [9] 张志荣, 吴边, 夏滑, 庞涛, 王高旋, 孙鹏帅, 董凤忠, 王煜. 基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的气体浓度测量温度影响修正方法研究. 物理学报, 2013, 62(23): 234204. doi: 10.7498/aps.62.234204
    [10] 李政颖, 王洪海, 姜宁, 程松林, 赵磊, 余鑫. 光纤气体传感器解调方法的研究. 物理学报, 2009, 58(6): 3821-3826. doi: 10.7498/aps.58.3821
    [11] 夏滑, 吴边, 张志荣, 庞涛, 董凤忠, 王煜. 近红外波段CO高灵敏检测的稳定性研究. 物理学报, 2013, 62(21): 214208. doi: 10.7498/aps.62.214208
    [12] 张锐, 赵学玒, 胡雅君, 郭媛, 王喆, 赵迎, 李子晓, 汪曣. 一种用于一次谐波背景消除与基线校正的新型方法. 物理学报, 2014, 63(7): 070702. doi: 10.7498/aps.63.070702
    [13] 许振宇, 刘文清, 刘建国, 何俊峰, 姚路, 阮俊, 陈玖英, 李晗, 袁松, 耿辉, 阚瑞峰. 基于可调谐半导体激光器吸收光谱的温度测量方法研究. 物理学报, 2012, 61(23): 234204. doi: 10.7498/aps.61.234204
    [14] 耿辉, 刘建国, 张玉钧, 阚瑞峰, 许振宇, 姚路, 阮俊. 基于可调谐半导体激光吸收光谱的酒精蒸汽检测方法. 物理学报, 2014, 63(4): 043301. doi: 10.7498/aps.63.043301
    [15] 蓝丽娟, 丁艳军, 贾军伟, 杜艳君, 彭志敏. 可调谐二极管激光吸收光谱测量真空环境下气体温度的理论与实验研究. 物理学报, 2014, 63(8): 083301. doi: 10.7498/aps.63.083301
    [16] 管林强, 邓昊, 姚路, 聂伟, 许振宇, 李想, 臧益鹏, 胡迈, 范雪丽, 杨晨光, 阚瑞峰. 基于可调谐激光吸收光谱技术的二硫化碳中红外光谱参数测量. 物理学报, 2019, 68(8): 084204. doi: 10.7498/aps.68.20182140
    [17] 阚瑞峰, 刘文清, 张玉钧, 刘建国, 董凤忠, 高山虎, 王 敏, 陈 军. 可调谐二极管激光吸收光谱法测量环境空气中的甲烷含量. 物理学报, 2005, 54(4): 1927-1930. doi: 10.7498/aps.54.1927
    [18] 丁武文, 孙利群, 衣路英. 基于可调谐半导体激光器吸收光谱的高灵敏度甲烷浓度遥测技术. 物理学报, 2017, 66(10): 100702. doi: 10.7498/aps.66.100702
    [19] 曹亚南, 王贵师, 谈图, 汪磊, 梅教旭, 蔡廷栋, 高晓明. 基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的密闭玻璃容器中水汽浓度及压力的探测. 物理学报, 2016, 65(8): 084202. doi: 10.7498/aps.65.084202
    [20] 李晋华, 王召巴, 王志斌, 张敏娟, 曹俊卿. 氧气A带吸收系数的温度依赖关系研究. 物理学报, 2014, 63(21): 214204. doi: 10.7498/aps.63.214204
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-03-21
  • 修回日期:  2013-08-29
  • 刊出日期:  2013-11-20

2.0 μm处CO2高温谱线参数测量研究

  • 1. 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 合肥 230031;
  • 2. 中国航天科工集团三十一研究所, 高超声速冲压发动机技术重点实验室, 北京 100074
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61108034)、国家自然科学基金青年科学基金(批准号: 61205151)和中国科学院战略性先导科技专项(批准号: XDA05040102)资助的课题.

摘要: 研究高温下待测气体的谱线属性, 如谱线强度、自加宽系数、空气加宽系数、温度系数等, 为高温环境中可调谐半导体激光吸收光谱技术反演温度、浓度、速度及其场分布提高精度和可靠性起着十分重要的作用. HITEMP数据库中的数据基本上是理论计算结果, 与实际情况存在相当的误差. 为了获得所选2.0 μm处的可用于燃烧诊断的CO2谱线参数, 本文采用半导体激光器作为光源, 结合实验室的高温测量系统, 记录了700–1300 K温度范围内所选谱线的高温吸收光谱, 获得了各谱线在相应温度下的谱线强度、自展宽系数及温度系数等谱线参数. 测量得到CO2的5006.978 cm-1和5007.7874 cm-1谱线强度与理论计算值相对误差小于11%; 获得了现有数据库缺少的温度系数和高温下自展宽系数数据. 所有各项参数对以后将要进行的燃烧诊断中的CO2浓度检测有很大帮助.

English Abstract

参考文献 (20)

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