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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

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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

Study on the temperature modified method for monitoring gas concentrations with tunable diode laser absorption spectroscopy

Zhang Zhi-Rong, Wu Bian, Xia Hua, Pang Tao, Wang Gao-Xuan, Sun Peng-Shuai, Dong Feng-Zhong, Wang Yu
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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.
    Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) is often used to detect gas concentrations in many fields. But because of the variation of ambient temperature, the measured harmonic signal amplitudes are affected and may lead to the monitoring errors. The impact of temperature on the measurement as well as the temperature compensation method is emphasized. So in order to modify the inversion results and adapt industrial measurement, combustion diagnostics, the numerical fitting empirical modified equation and theoretical modified equation from HITRAN database are discussed and compared in this paper. In experiment, the 21% oxygen as the safety monitoring gas and absorption wavelength at 760.77 nm are employed. Meanwhile, the first harmonic signals are also used to decrease the laser intensity fluctuations. We thus obtained the unmodified and modified results with the tube furnace in the temperature range 300–900 K (interval 50 K). Experimental results show that these two modified methods have some effective influence on the temperature changes and can be applied to gas monitoring correction to improve the accuracy and feasibility of the TDLAS technology. In addition, the methods also provide evidence for the real-time gas monitoring in the application of combustion diagnosis.
    • 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.
    • Funds: Project supported by the Young Scientists Fund of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11204320).
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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

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