基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的O2和CO氣體測(cè)量.pdf

1、基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)對(duì)氣體濃度及溫度的測(cè)量,具有響應(yīng)速度快、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)單穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì),易于實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。同時(shí)利用非接觸的激光測(cè)量方法,對(duì)惡劣的測(cè)量環(huán)境具有非常好的適應(yīng)性。近年來半導(dǎo)體激光器制造技術(shù)迅速發(fā)展,激光器在性能越來越穩(wěn)定的同時(shí)價(jià)格更加便宜。目前可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)已經(jīng)成為氣體在線監(jiān)測(cè)的主流技術(shù),被廣泛應(yīng)用于多種測(cè)量環(huán)境。
　　 本文基于TDLAS技術(shù),針對(duì)近紅外波段,利用廉價(jià)

2、的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光二極管對(duì)高溫環(huán)境中氣體進(jìn)行測(cè)量。工業(yè)生產(chǎn)過程中,對(duì)O2濃度和溫度的測(cè)量具有十分重要的意義。針對(duì)于氧氣位于760nm附近的吸收譜線完成了濃度測(cè)量和溫度測(cè)量。對(duì)于濃度測(cè)量,模擬工業(yè)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)中O2溫度梯度分布,利用工作波長(zhǎng)位于761nm處的可調(diào)諧DFB激光二極管,針對(duì)O2位于760.09nm和760.07nm譜線,通過兩條吸收譜線建立方程組,在不用N2吹掃的條件下,去除了空氣中02對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。對(duì)于溫度測(cè)量,通過O2位于

3、759.86nm和760.44nm吸收譜線對(duì)進(jìn)行測(cè)量。利用特殊光路設(shè)計(jì),在不用N2吹掃的條件下,去除了空氣中O2對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,可以實(shí)現(xiàn)溫度和濃度的同時(shí)測(cè)量。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒過程中CO濃度對(duì)提高燃燒效率,控制燃燒污染物排放具有重要意義。本文選擇位于2302.12nm一氧化碳吸收譜線R30,利用直接吸收和波長(zhǎng)調(diào)制兩種方法對(duì)一氧化碳濃度進(jìn)行測(cè)量。
　　 實(shí)驗(yàn)測(cè)量O2濃度5％-100％范圍內(nèi)與標(biāo)定值誤差小于7.01％,理論計(jì)算500K條

4、件下濃度探測(cè)極限為0.3％-m。測(cè)量O2溫度400K-1000K氛圍內(nèi)與標(biāo)定值誤差小于6％,理論計(jì)算500K條件下濃度探測(cè)極限為0.5％-m。對(duì)于O2濃度和溫度的探測(cè)極限可以滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的需要,測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠,測(cè)量系統(tǒng)方案簡(jiǎn)易可行。對(duì)于CO濃度測(cè)量,利用直接吸收方法測(cè)量CO濃度1％-9％范圍內(nèi)與標(biāo)定值誤差小于5％,理論計(jì)算1000K條件下濃度探測(cè)極限為60ppm-m左右。利用二次諧波方法測(cè)量CO濃度1％-9％范圍內(nèi)與標(biāo)定值誤差小于