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基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的H_2O浓度和温度测量

王超  
【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H20进行测量。实验选择了1397.75nm和1397.87nm H20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H20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H20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H20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H20浓度,浓度结果与Gasmet所测结果对比一致,误差在5%以内。


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