收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于可调谐激光吸收光谱技术的气体在线检测及二维分布重建研究

李宁  
【摘要】: 近年来,随着国家对于环境保护的日趋重视,以及出于保证工业生产安全高效进行的需要,光学非接触式的气体检测技术发展十分迅速。基于可调谐激光吸收光谱的气体测量技术具有无需预处理,响应快速,数据准确,多参数同时检测等优势,成为了当前气体实时在线检测的代表性技术之一。本文研究的主要目的是利用可调谐激光吸收光谱技术,针对于燃烧领域中具有重要意义的气态物质进行在线检测,并同时对气体温度,以及气体分布的二维重建进行研究。 本文首先利用工作波长位于1.53μm波段的可调谐激光二极管,针对于利用SCR技术脱除燃烧产生烟气中NOx的工作环境,对其中的NH_3浓度进行了在线测量。实验室内借助于波长位于1527nm的NH_3特征气体吸收谱线,在常温常压下利用直接吸收测量的方法达到10ppm-m的浓度测量下限。在小型燃烧试验台上,通过对燃烧产生的烟气中喷洒NH_3,以模拟现场测量工况,实现对烟气中NH_3的实时在线检测。 其次,利用工作波长位于1.58μm处的可调谐激光二极管,针对于泛频区内的CO_2与CO气体吸收谱线,分别利用直接吸收测量技术以及波长调制技术对其浓度检测进行了试验研究,在常温下实验室内达到的浓度测量下限分别为0.14%-m与400ppm-m。讨论了环境温度压力等条件变化时线宽对于二次谐波信号的影响,采用二次谐波峰谷比值的方法来对其进行修正,大大提高了利用波长调制方法进行浓度测量的精度。设计加工了适合于现场安装和在线检测使用的测枪,对不同工况下燃油炉燃烧产生烟气中的CO_2进行了连续测量。 其次,通过利用高精度分子光谱数据库,在1.58μm波段内选择两条CO_2特征吸收谱线,利用其线强比值来实现对于光路中均匀气体温度的测量研究。在373K至773K的温度范围内,温度测量误差均方值为17K。针对于光路中存在明显温度梯度的测量环境,通过扫描多条CO_2气体吸收谱线,借助于离散化的数学模型并利用带约束的最小二乘拟合方法来进行求解。在实验室内对两段温度分布重建进行了相应的数值模拟和试验研究,并讨论了相关影响因素。 针对于焦炉煤气中O_2的在线检测,在实验室内采用工作波长位于763nm处的可调谐激光二极管在不同的气体组分,温度,压力,激光透射率等工况下对其浓度检测进行了测量试验,验证了浓度测量结果的准确性,以保证在O_2超标时可以及时进行报警从而确保工业生产安全。 另外,对波长调制过程中颗粒对于二次谐波信号的影响进行了理论分析。分别采用180μm与800μm两种不同粒径的石英沙颗粒,对颗粒存在环境下的气体浓度测量进行试验研究。并结合基于Mie理论上的消光法,进行了颗粒物浓度的测量试验。搭建了小型气固两相流动试验台,利用固定浓度的CO_2气体吹动石英沙颗粒进行流化,实现了对于不同流化位置处的气体浓度与颗粒物浓度的同时在线测量。 最后,将CT断层重建技术与TDLAS技术相结合,在实验室内搭建了高速CT重建测量系统,以实现对于气体二维分布的重建。通过利用四个高速旋转台进行重建断面的扫描,使得扫描时间控制在100ms。利用数值模拟的方法验证了测量的准确性与精度。借助于NH_3气体吸收谱线,通过采用ART代数重建算法,成功实现了对于气体浓度分布的快速二维重建。并通过采用扫描两条特征谱线的方法,利用变量轮换的最优化策略,对气体浓度与温度场同时重建进行了初步试验研究,为今后针对于燃烧环境中的气体重建工作提供借鉴。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张立芳;王飞;俞李斌;严建华;岑可法;;基于可调谐激光吸收光谱技术的脱硝过程中微量逃逸氨气检测实验研究[J];光谱学与光谱分析;2015年06期
2 ;哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室[J];人工晶体学报;2020年08期
3 邢大伟;王飞;姜治深;王超;张海丹;严建华;岑可法;;可调谐激光吸收光谱应用于气体二维浓度分布重建研究[J];光学技术;2013年03期
4 张杨;范颖;王哲;陈文亮;;基于可调谐激光吸收光谱技术的硫化氢检测方法研究[J];电子测量与仪器学报;2017年12期
5 丘治,刘晔,褚春霖,李庆国,潘佩聪,朱洪斌;镁橄榄石可调谐激光的研究[J];中国激光;1993年06期
6 宋汉阁;孔宪生;;染料可调谐激光原理实验仪[J];东北师大学报(自然科学版);1992年03期
7 王敏;张玉钧;;可调谐激光吸收光谱法与气相色谱法监测甲烷的对比研究[J];光学技术;2011年02期
8 王爱华,韦丽,张尚安,吴路生,邬承就;Cr:LISAF_6晶体的光谱和灯泵可调谐激光特性[J];量子电子学;1995年02期
9 邬承就,韦丽,周东方,赵梅荣,汤洪高;β-BaB_2O_4倍频掺钛宝石可调谐激光[J];中国激光;1992年09期
10 查子忠,王军,赵晓彦,焦华,王骐;可见光区宽带可调谐激光光限制器实验研究[J];光学学报;1997年06期
11 友清;以内腔倍频产生黄-红可调谐激光[J];激光与光电子学进展;2000年03期
12 刘扶英;暴晒场腐蚀气体的测定及研究[J];特殊电工;1983年01期
13 罗遵度,陈继明,陈涛;掺铬高电价阳离子氧化物的荧光光谱及其作为可调谐激光材料的探索[J];红外研究(A辑);1985年05期
14 王丽,黄骝;皮秒级高功率紫外可调谐激光[J];中国激光;2001年06期
15 郑霖;;试论气体生产企业安全管理[J];化工管理;2015年36期
16 赵达耀;;多功能气体[J];科学启蒙;2022年01期
17 洋洋兔;;为什么尼奥斯湖会喷出致命的气体?[J];家教世界;2016年17期
18 蛛丝马迹;;外星猫地球考察记 为什么尼奥斯湖会喷出致命的气体?[J];读写算(科技知识动漫);2014年03期
19 郭志锋;;印度开发出第四代气体离心机[J];国外核新闻;2008年12期
20 黄彦华;香港《气体安全条例》解读[J];上海煤气;2005年05期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 钱谊乐;方黎;郑海洋;柯文新;;可调谐激光多光子电离飞行时间质谱研究[A];第五届全国基础光学学术报告会和交叉科学中的光学问题讨论会论文集[C];1991年
2 黄天翔;李飞;余西龙;;非均匀温度场的可调谐激光吸收光谱诊断分析及其算法研究[A];第七届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2012年
3 郁光;杨康;庄鸿涛;周鹏云;方华;;在线色谱仪在气体行业的应用[A];2016年全国气体标准化会议论文集[C];2016年
4 徐秋云;郑小兵;李健军;邹鹏;;外部导入宽可调谐激光的积分球辐射源特性研究[A];第十二届全国光学测试学术讨论会论文(摘要集)[C];2008年
5 单石文;李晓勇;余树楷;区汝森;曹军;;气体中总硫分析进样技术研究[A];《分析测试学报》2010年11月增刊4——第四届广东省分析化学研讨会论文集[C];2010年
6 李春瑛;韩桥;章恭菲;张新;杜秋芳;刘智勇;;温室气体监测用气体标准物质的研究[A];中国分析测试协会科学技术奖发展回顾[C];2015年
7 刘大新;;电子特种气体国内外技术进展、我国现状及对策[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年
8 邓文;杨涌源;;区域性氧氮气体集中供应与液态、气态产品输送的经济分析[A];2013年年会暨工业气体供应技术论坛论文集(上海)[C];2014年
9 孙方田;马一太;;水冷壳管式气体冷却器的结构优化[A];中国制冷学会2007学术年会论文集[C];2007年
10 徐凤娟;王悦;陈星;王平;;基于虚拟气体传感器阵列的肺癌检测电子鼻[A];第十届全国敏感元件与传感器学术会议论文集[C];2007年
11 崔羿;丁淑蓉;赵云妹;赵杰江;霍永忠;;考虑晶界扩散和气泡联合的裂变气体模型[A];第十七届全国反应堆结构力学会议论文集[C];2012年
12 孙福楠;;2010:中国气体[A];全国气体标准化技术委员会、全国半导体材料和设备标准化技术委员会气体分会、全国标准样品技术委员会气体标样工作组第四届成立大会暨四届一次联合会议论文集[C];2010年
13 李东升;黄勇;;电子气体系统技术应用现状和发展趋势[A];2013年年会暨工业气体供应技术论坛论文集(上海)[C];2014年
14 魏凯;;热分析中多组分逸出气体的质谱同步定量分析[A];中国化学会第六届全国热分析动力学与热动力学学术会议论文集[C];2017年
15 徐华;鲍秀琳;上官凤栖;顾忠泽;;基于胶体晶体编码微球的卟啉气体传感阵列研究[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
16 田传银;秦学;杜金明;;浅析SF6气体对外界的影响[A];山东电机工程学会第五届供电专业学术交流会论文集[C];2008年
17 吕振国;李庆行;余振新;;一种可调谐激光感应光栅频域技术的介绍[A];第四届全国基础光学学术报告会论文集[C];1989年
18 杜新林;施江天;付雷;;气体灯触发方式探讨[A];增强自主创新能力 促进吉林经济发展——启明杯·吉林省第四届科学技术学术年会论文集(上册)[C];2006年
19 马家骥;路欣;莫亚梅;;等容式置换气体装置的研究及试制[A];中国机械工程学会包装与食品工程分会第三届学术年会论文集[C];1993年
20 于鹏程;唐俊;祝捷;;煤吸附CO_2气体的变形实验观测[A];北京力学会第二十二届学术年会会议论文集[C];2016年
中国博士学位论文全文数据库 前14条
1 李宁;基于可调谐激光吸收光谱技术的气体在线检测及二维分布重建研究[D];浙江大学;2008年
2 王铁军;中红外可调谐激光技术的研究[D];吉林大学;2007年
3 贾雅琼;气体超声波谱的构建及其在气体探测中的应用[D];华中科技大学;2013年
4 夏东海;气体信号源方位的探测方法研究[D];华中科技大学;2008年
5 赵贞贞;基于光吸收传感的电子鼻气体图谱处理方法研究[D];重庆大学;2016年
6 肖冰心;氧化钨、氧化铟的微纳结构调控与气体传感性能研究[D];吉林大学;2017年
7 曾强;冶金成分和温度的在线检测联用技术研究[D];中国科学技术大学;2019年
8 崔海滨;CO/CO_2/NO的可调谐激光吸收光谱遥测方法研究及其在汽车尾气道边检测的应用[D];浙江大学;2021年
9 杨秋霞;连续波腔衰荡光谱技术特性及在气体浓度测量中应用研究[D];燕山大学;2011年
10 王会波;光纤环路循环衰荡法气体浓度测量的研究[D];燕山大学;2010年
11 骆庆群;气体在疏水性表面的吸附和积聚现象及其作用研究[D];太原理工大学;2016年
12 孟庆华;基于小波免疫的车辆在线检测方法及其应用技术研究[D];浙江大学;2005年
13 袁曦;基于气体驱动的煤与瓦斯突出机理研究[D];重庆大学;2017年
14 孙运强;激光内通道传输的气体热效应研究[D];国防科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 陈坤;基于可调谐激光吸收光谱的高精度微量气体浓度检测[D];华北电力大学;2019年
2 姚华;采用可调谐激光吸收光谱技术遥测甲烷气体浓度的研究[D];浙江大学;2011年
3 邹得宝;基于可调谐激光吸收光谱技术测量逃逸氨的关键问题研究[D];天津大学;2012年
4 李艾宸;基于可调谐激光吸收光谱技术的逃逸氨检测系统研究[D];华北电力大学(北京);2017年
5 邢大伟;基于可调谐激光吸收光谱技术的气体分布监测的数值模拟与试验研究[D];浙江大学;2013年
6 李玫仪;可调谐激光吸收光谱技术对烟气脱硝中污染物的监测研究[D];浙江大学;2018年
7 傅小华;气调包装气体比例混合与检测系统的研究[D];哈尔滨商业大学;2011年
8 张浩楠;多元气体自动混配系统设计与试验研究[D];宁夏大学;2021年
9 余胜利;盈德气体战略诊断与战略调整策略研究[D];广西师范大学;2013年
10 张启华;气体在肺内的传输与扩散[D];燕山大学;2002年
11 俞李斌;基于可调谐激光吸收光谱技术的脱硝过程NH_3气体浓度测量[D];浙江大学;2016年
12 王烨;气体二氧化氯发生器的研制及在猕猴桃贮藏中的应用研究[D];陕西师范大学;2016年
13 付婷婷;基于物理的可控气体实时模拟的研究与实现[D];电子科技大学;2010年
14 聂娟娟;肺癌气体标志物VOCs富集除杂系统的研究[D];重庆大学;2014年
15 周昊江;基于光纤激光器和气体吸收谱的气体传感[D];浙江大学;2012年
16 孙艳;半导体行业特种气体气源柜研发[D];大连理工大学;2012年
17 王斌浩;基于激光吸收光谱学的气体浓度测量[D];浙江大学;2011年
18 吴万旺;气体辅助注射成型气体穿透行为的研究[D];浙江工业大学;2009年
19 黄天;低渗透性粘性土气体预劈裂注浆实验研究[D];中国地质大学(北京);2021年
20 董臻;酞菁类配合物的设计、合成及其气体传感性质的研究[D];济南大学;2017年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 记者 党勤;有企业排放白色刺鼻气体[N];湖州日报;2020年
2 YMG全媒体记者 唐寿锐 通讯员 刘向东 侯超;莱州对55家气体充装单位开展专项整治[N];烟台日报;2021年
3 本报记者 李万晨曦;怀揣民族气体发展梦 小县城走出民营气体上市公司[N];证券日报;2020年
4 记者 谢昭萍;16项国家气体标准通过修订[N];中国化工报;2008年
5 本报实习记者  康书伟;石油济柴力拓气体发动机市场[N];中国证券报;2006年
6 通讯员 宗禾 本报记者 薛燕;刘慧晏会见英国盈德气体集团客人[N];淄博日报;2010年
7 记者 严风华;国内首艘LNG船完成气体试航[N];中国船舶报;2008年
8 记者 郑戈 通讯员 韩明舰;唐钢合资组建气体有限公司在京签字[N];中国冶金报;2006年
9 记者 周洋;市领导会见盈德气体集团总裁[N];淮安日报;2013年
10 本报记者 黄永卓;气体行业面临重新洗牌[N];中国化工报;2012年
11 本报记者 何立;气体工业 前景无限[N];中国机电日报;2000年
12 特约记者 邰鸿慧;云南石化气体再利用实现绿色停工[N];中国石油报;2020年
13 本报记者 霍宇力;填补特种气体产业空白 广钢股份合资公司挂牌[N];上海证券报;2009年
14 记者 陶阳;辽宁省气体行业协会成立[N];辽宁日报;2014年
15 本报记者 杨秦;将气体生产作为一个产业来经营[N];中国经济导报;2007年
16 MEB记者 贾美姿;洁净高效Perkins气体发动机引领市场[N];机电商报;2013年
17 特约记者 曾敏;光明院电子气体进入高科技市场[N];中国化工报;2010年
18 马志云;河柴公司突破两项气体发电机技术[N];中国船舶报;2008年
19 通讯员 路婉瑶;华北华港公司“捉”回BOG气体[N];中国石油报;2014年
20 本报记者 陈妍;国际气体展凸显国际化特色[N];国际商报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978