基于波长调制技术的温度实时测量方法研究

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1、光学学报第35卷第2期Vol.35,No.22015年2月ACTAOPTICASINICAFebruary,2015基于波长调制技术的温度实时测量方法研究孙鹏帅张志荣夏滑庞涛吴边崔小娟沈凤娇王煜董凤忠中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽省光子器件与材料重点实验室,安徽合肥230031摘要可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）以其响应速度快、灵敏度高、非接触等优点已被广泛应用于气体浓度、温度的原位在线测量。基于波长调制吸收光谱技术，理论分析和推导了二次谐波温度反演公式。并采用分时锯齿波扫描形式使两个激光器

2、分别产生覆盖中心波长为760.21nm和760.88nm的两条氧气吸收谱线的激光，经2×1光纤耦合器耦合为一束光束，通过测量管式炉内同一区域的二次谐波信号来反演有氧环境中的平均温度值。为了修正谱线线型和光强对实验所得的二次谐波信号峰值比值的影响，采用室温下标定温度反演公式中所需参数的方法，有效地简化了实验过程，提高了测量精度。温度在300K~900K范围内变化的测量结果与管式炉的平均温度值具有较高的一致性，误差在±20K以内。关键词光谱学；温度测量；波长调制吸收光谱技术；分时锯齿；二次谐波信号中图分类号O4

3、33.1文献标识码Adoi:10.3788/AOS201535.0230001StudyonReal-TimeTemperatureMeasurementBasedonWavelengthModulationTechnologySunPengshuaiZhangZhirongXiaHuaPangTaoWuBianCuiXiaojuanShenFengjiaoWangYuDongFengzhongAnhuiProvincialKeyLaboratoryofPhotonicDevicesandMaterials

4、,AnhuiInstituteofOpticsandFineMechanics,ChineseAcademyofSciences,Hefei,Anhui230031,ChinaAbstractTunablediodelaserabsorptionspectroscopy(TDLAS)hasbeenwidelyusedinthegasconcentrationandtemperatureonlinemonitoringbecauseofitsexcellentcharacteristicssuchasfast

5、response,highspectralresolutionandnon-contactfeature.Inordertoreduceerrorvaluesandsimplifyexperimentalequipments,thetemperatureinversiontheoryandderivationformulabasedonwavelengthmodulationabsorptionspectroscopyareanalyzed.Twodistributedfeedback(DFB)lasers

6、withoutputwavelengthsof760.21nmand760.88nmgeneratelasercoveringtwooxygenabsorptionlineswithtime-sharingsawtoothscanning,respectively.Onlyonelaserbeampassesthroughthesameopticalpathaftercouplingbya2×1fibercoupler.Averagetemperatureinthetube-furnaceisobtaine

7、dbythepeak-ratioofsecondharmonicsignals.Amethodtocalibraterequiredparametersfortemperatureinversionatindoortemperatureisusedtocorrecttheimpactofline-shapeandspectralintensity.Theexperimentalresultsshowthatthemeasuredtemperaturesandthepresetvalueswithinthet

8、emperatureof300K~900Kareconsistent,andthemeasurementerroriswithin±20K.Keywordsspectroscopy;temperaturemeasurement;wavelengthmodulationabsorptionspectroscopy;time-sharesawtoothwave;secondharmonicsignalOCIScode