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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

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

张志荣, 吴边, 夏滑, 庞涛, 王高旋, 孙鹏帅, 董凤忠, 王煜
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  • 可调谐二极管激光吸收光谱技术测量气体浓度时,由于测量氛围温度变化的影响引起解调的二次谐波信号发生变化,最终导致浓度测量的较大误差. 为了修正温度变化对浓度反演结果的影响,适应工业测量、燃烧诊断的需要,采用通过实验所得温度关系的数值拟合修正方法即经验公式修正和根据HITRAN数据库参数的理论关系即理论公式修正两种方法进行分析与讨论. 实验中采用在50 cm长的高温管式炉中通入高温安全的21%浓度的 氧气为目标测定气体,选定760.77 nm的中心吸收波长,测量了温度变化范围为300–900 K,间隔50 K的情况下所得到的谐波信号,并利用一次谐波比值消元法消除光强波动影响后的结果,得出了不同温度下未修正的原始浓度值和通过修正方法后的修正值. 实验结果表明所述的经验公式和理论公式两种修正方法对温度影响都有一定的抑制作用,可以应用到温度变化引起的气体浓度误差修正监测中,为下一步开展燃烧诊断实时在线监测提供了依据.
    • 基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金(批准号:11204320)资助的课题.
    [1]

    Wienhold F G, Fischer H, Hoor P, Wagner V, Königstedt R, Harris G W, Anders J, Grisar R, Knothe M, Riedel W J, Lbken F J, Schilling T 1998 Appl. Phys. B 67 411

    [2]

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

    [3]

    Bolshov M A, Kuritsyn Y A, Liger V V, Mironenko V R, Leonov S B, Yarantsev D A 2010 Appl. Phys. B 100 397

    [4]

    Li H, Farooq A, Jeffries J B, Hanson R K 2007 Appl. Phys. B 89 407

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    Zhang L, Liu J G, Kan R F, Liu W Q, Zhang Y J, Xu Z Y, Chen J 2012 Acta Phys. Sin. 61 034214 (in Chinese) [张亮, 刘建国, 阚瑞峰, 刘文清, 张玉钧, 许振宇, 陈军 2012 物理学报 61 034214]

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    Wang F, Huang Q X, Li N, Yan J H, Chi Y, Ceng K F 2007 Acta Phys. Sin. 56 3867 (in Chinese) [王飞, 黄群星, 李宁, 严建华, 池涌, 岑可法 2007 物理学报 56 3867]

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    Kan R F, Liu W Q, Liu J G, Zhang Y J, Dong F Z, Gao S H, Wang M, Chen J 2005 Acta Phys. Sin. 54 1927 (in Chinese) [阚瑞峰, 刘文清, 刘建国, 张玉钧, 董凤忠, 高山虎, 王敏, 陈军 2005 物理学报 54 1927]

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    Dong F Z, Liu W Q, Liu J G, Tu X H, Zhang Y J, Qi F, Xie P H, Lu Y H, Wang S M, Wang Y P, Wei Q N 2005 Jou. Test & Mea. Tec. 19 119 (in Chinese) [董凤忠, 刘文清, 刘建国, 涂兴华, 张玉钧, 齐峰, 谢品华, 陆亦怀, 汪世美, 王亚萍, 魏庆农 2005 测试技术学报 19 119]

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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) [徐振宇, 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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    [15]

    Rothman L S, Gordon I E, Barbe A, Benner, Chris D, Bernath P F, Birk M, Boudon V, Brown L R, Campargue A, Champion J P, Chance K, Coudert L H, Dana V, Devi V M, Fally S, Flaud J M, Gamache R R, Goldman A, Jacquemart D, Kleiner I, Lacome N, Lafferty W J, Mandin J Y, Massie S T, Mikhailenko S N, Miller C E, Moazzen-Ahmadi N, Naumenko O V, Nikitin A V, Orphal J, Perevalov V I, Perrin A, Predoi-Cross A, Rinsland C P, Rotger M, Šimečková M, Smith M A H, Sung K, Tashkun S A, Tennyson J, Toth R A, Vandaele A C, Vander Auwera J 2009 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 110 533

    [16]

    Zhang Z R, Dong F Z, Wang Y, Wu B, Pang T, Xia H, Tu G J 2010 Proceedings of the Advanced Sensor Systems and Applications Proc. of SPIE Beijing, China, October 18–20, 2010 p785313-1

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    Zhang Z R, Dong F Z, Wang Y, Pang T, Wu B, Tu G J, Xia H, Ni Z B, Yang Y, Xu M M 2010 Acta Optica Sinica. 31 s100304 (in Chinese) [张志荣, 董凤忠, 王煜, 庞涛, 吴边, 涂郭结, 夏滑, 倪志波, 杨阳, 徐明明 2010 光学学报 31 s100304]

    [18]

    Iseki T 2003 Opt. Rev. 10 24

    [19]

    Guan C, Qu Y 2012 Laser & Infrared 42 36 (in Chinese) [贯从, 曲艺 2012 激光与红外 42 36]

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    [2]

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    [20] 曹彪, 左剑, 里佐威, 欧阳顺利, 高淑琴, 陆国会, 姜永恒. CS2在C6H6中的弱费米共振特性及对Bertran公式修正. 物理学报, 2009, 58(5): 3538-3542. doi: 10.7498/aps.58.3538
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-07-19
  • 修回日期:  2013-08-20
  • 刊出日期:  2013-12-05

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

  • 1. 安徽省光子器件与材料重点实验室, 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
    基金项目: 

    国家自然科学基金青年科学基金(批准号:11204320)资助的课题.

摘要: 可调谐二极管激光吸收光谱技术测量气体浓度时,由于测量氛围温度变化的影响引起解调的二次谐波信号发生变化,最终导致浓度测量的较大误差. 为了修正温度变化对浓度反演结果的影响,适应工业测量、燃烧诊断的需要,采用通过实验所得温度关系的数值拟合修正方法即经验公式修正和根据HITRAN数据库参数的理论关系即理论公式修正两种方法进行分析与讨论. 实验中采用在50 cm长的高温管式炉中通入高温安全的21%浓度的 氧气为目标测定气体,选定760.77 nm的中心吸收波长,测量了温度变化范围为300–900 K,间隔50 K的情况下所得到的谐波信号,并利用一次谐波比值消元法消除光强波动影响后的结果,得出了不同温度下未修正的原始浓度值和通过修正方法后的修正值. 实验结果表明所述的经验公式和理论公式两种修正方法对温度影响都有一定的抑制作用,可以应用到温度变化引起的气体浓度误差修正监测中,为下一步开展燃烧诊断实时在线监测提供了依据.

English Abstract

参考文献 (19)

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