论文部分内容阅读
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（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，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H2O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H2O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。