tdlas高温气体测量系统的谱线选择及实验研究.doc

2013

SPECTRALLINESELECTIONAND

EXPERIMENTALINVESTIGATIONOF

TDLASHIGHTEMPERATUREGAS

MEASUREMENTSYSTEM

AThesisSubmittedto

SoutheastUniversity

FortheAcademicDegreeofMasterofEngineering

By

CHENJunjie

Supervisedby

AssociateProfessorLURongjun

SchoolofInstrumentScienceEngineering

SoutheastUniversity

东南大学学位论文独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过

的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并

表示了谢意。

研究生签名：日期：

东南大学学位论文使用授权声明

东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在必威体育官网网址期内的必威体育官网网址论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研

究生院办理。

日期：研究生签名：

日期：

摘要

1

摘要

燃烧是世界上使用最广泛的能量转换技术。对燃烧过程中重要燃烧参数的测量和监测，对于理解燃烧过程、改进燃烧效率以及减少大气污染物的排放有着至关重要的意义。随着近年来光学非接触式气体检测技术的迅速发展，基于可调谐半导体激光器的吸收光谱气体测量技术(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy,TDLAS),因其高灵敏性、高精度的光谱分辨率、快速响应性、非接触性以及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，为对燃烧中关键参数如气体温度、浓度等重要参数的现场实时测量提供了有效的方法和途径。本文研究的主要目的是利用可调谐半导体激光吸收光谱技术，对适用的H?O吸收谱线进行筛选，对所选谱线温度特性进行实验研究，为最终实现对锅炉燃烧温度的实时测量提供参考。

本文首先简要概述了课题研究的背景、意义和主要技术的发展现状。然后对TDLAS技术的基本原理作了阐述，包括气体分子吸收光谱学基本理论、比尔-朗伯定律、TDLAS技术的主要实现方式以及两线法温度测量的基本原理。在进行TDLAS测量之前最重要的一步便是选出最优谱线对，为此利用MATLAB软件强大的GUI功能，开发了一款用于TDLAS谱线选择的工具软件，该软件可实现快速读取HITRAN光谱数据库、有效计算光谱各参数并绘图，用于最优谱线对选择。对选线经验准则的研究，有助于帮助更好的理解并制定满足应用要求的选线标准。通过选线软件的仿真计算以及相应的选线准则，选取了在近红外1547nm附近的两条H?O吸收谱线1547.68nm和1547.84nm作为目标吸收谱线进行气体温度特性实验测量。在已有的TDLAS实验系统平台的基础上，先对所使用的DFB激光器的调谐特性进行了实验研究，在充分了解激光器特性的基础上，对所选谱线的调制深度进行了理论和实验研究，为二倍频法的使用奠定基础。利用直接吸收法和二倍频法进行了TDLAS气体谱线温度特性测量的初步实验，包括实验方法、实验数据处理、实验结果分析等，最后根据实验结果，分析了实验系统可能存在的问题和原因，提出了一系列优化改进实验系统的方案和建议，为后续进一步研究奠定基础。

关键字：TDLAS;温度测量；选线工具；谱线选择

ABSTRACT

Ⅱ

ABSTRACT

Combustionisthemostwidelyusedenergyconversiontechniqueintheworld.Measurem