基于TDLAS吸收光谱法测量高温气体温度.pdf

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1、硕士学位论文基于TDLAS吸收光谱法测量高温气体温度ResearchonHighTemperatureGasMeasurementMethodBaseonTunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopyTechnology马天哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP271+.3学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于TDLAS吸收光谱法测量高温气体温度硕士研究生：马天导师：戴景民申请学位：工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：自动

2、化测试与控制系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP271+.3U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringResearchonHighTemperatureGasMeasurementMethodBaseonTunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopyTechnologyCandidate：MaTianSupervisor：DaiJingminAcade

3、micDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentandMeterEngineeringAffiliation：DepartmentofAutomaticMeasurementandControlDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士论文摘要高温温度气体测量，尤其是在燃烧场中的气体温度的

4、实时准确测量，在许多行业中都具有十分重要的意义。目前，可调谐半导体吸收光谱法是一种可以实现实时、准确测量的方法，具有宽广的应用前景。本文采用可调谐半导体激光吸收光谱（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy，TDLAS）技术对燃烧环境的温度测量进行研究，对气体分子吸收光谱理论和测温方法进行分析，提出谱线对选取的原则和选取方案，设计系统并进行了实验分析。以上工作为验证TDLAS理论测温的可行性及工程化应用提供有力支持。在理论研究上，介绍了气体吸收谱线强度和线型的

5、相关理论，并结合TDLAS吸收光谱技术对测温的不同方法，给出了相应的反演算法。简单介绍了直接吸收光谱法，并对波长调制法的测温原理和模型进行了详细分析，指出了其相对于直接吸收法的优点，并采用此法测量二次谐波信号，来对温度进行反演。特征谱线对选取方面，利用程序软件提取光谱参数数据，设计详细的吸收谱线对选择方案，确定燃烧场温度检测中可采用多分子谱线对的方法进行温度测量。进行吸收线型模拟，选出H2O水分子和CO2气体分子对应的谱线对。通过数据模拟，分析所选谱线对的测温上限和灵敏度。系统构建设计方面，结合谱

6、线对的选择结果及系统分析，选取符合的器件型号，并对激光器和探测器等主要仪器进行参数分析及性能测试。通过调制测试实验，选定适合的调制参数。实验验证方面，设计以CO2分子为待测气体分子，对于燃烧长的环境进行测量，并用实验标定代替经验公式的方式来获取TDLAS双线法测温算法中的调制系数。通过将测量所得数据与K型热电偶进行对比，总结和分析了测量过程中的误差来源以及将来改进的方向，初步验证了TDLAS技术测温的具备较高的可行性。关键词可调谐半导体激光吸收光谱；光谱参数；谐波检测；温度测量-I-哈尔滨工业大学

7、工程硕士论文AbstractThemeasurementofhightemperaturegashasimportantmeaninginmanyindustrialappliacations.Soitisofgreatsignificanceforreal-timeandaccuratemeasurementofgastemperatureinacombustionreservoir.Atpresent,tunablesemiconductorabsorptionspectroscopyisar

8、eal-timeandaccuratemeasurementmethodwithwideapplicationprospects.Inthispaper,TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy(TDLAS)isusedtostudythetemperaturemeasurementinthecombustionenvironment.Thegasmolecularabsorptionspectroscopytheory,temperature