利用可调谐半导体激光吸收光谱技术对气体浓度的测量

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1、万方数据第25卷第15期2005年8月中国电机工程学报ProceedingsoftheCSEEv01．25No．15Aug．2005@2005Chin．Soc．forEIec．Eng文章编号：0258—8013(2005)15—0121—06中图分类号：TK314文献标识码：A学科分类号：470．20利用可调谐半导体激光吸收光谱技术对气体浓度的测量李宁，王飞，严建华，马增益，岑可法(浙江大学能源洁净利用与环境工程教育部重点实验室，浙江省杭州市310027)THETUNABLEDIoDELASERABSoRPTIoNSPECTRoSCoP

2、YFoRGASCoNCENTRATIoNMEASUREMENTLINing，WANGFei，YANJian_hua，MAZeng—yi，CENKe—fa(ZhejiangUniversity，CleallEne唱yandEnVironmentEngineeringKeyLaborato巧ofMinist巧ofEducation，Hangzhou310027，ZhejiangProVince，China)ABS’I’RAC’I!’Ihetechnlquebasedontunablediodelaserabsorptionspectmsco

3、py(TDLAS)hasbeendeVelopedtorealiZemereal—timeaIlddynaIIlicmeasurementofthecombustion—generatedpollutallts．Inthispaperthefund哪entalofmemeasurementusing11)LASispresented．BysettingupthemamematicmodelofC02abso印tionlineat6359．97cm一1a11dma虹nguseoftheparametersf而mthehigh—resolu

4、tion廿ansrnissionmolecularabso叩tionda协ase，meeH’ectsofsc锄ningsteplengm、temperature、pressurea11dabso由aIlce啪domermronmegasconcen缸ationmeasurementarediscussed．TheminimumdetectiVityaSafunctionoftemperatureaIldpressureisalsoaIlalyzed．TheresultcaIlbeusefulformepracticalapplicati

5、onandfurnlerstudy．KEYWoRDS：Diodelaser；Absorptionline；Lineshapefbnction：GasconcenCrationmeasurement摘要：运用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术可以实现燃烧生成污染物的实时动态在线测量。该文给出了利用TDLAs技术进行测量的基本原理。通过建立c02在6359．97cⅡr1处的吸收谱线模型，并结合HITRAN高精度迁移分子吸收数据库相关参数，讨论了激光扫描步长、温度、压强和光谱吸收率随机误差对于气体浓度测量的影响，并且分析了最小可探测浓

6、度随温度、压强的变化情况。结论可为实际应用及进一步研究提供参考。关键词：半导体激光器；吸收谱线；线型函数；气体浓度测量1引言采用光学方法对燃烧污染物进行测量具有速度快、精度高等优点。目前，国内的研究学者对光学方法在燃烧领域中的应用已经进行了大量的研究，如利用火焰图像对温度场进行测量【l七J，利用光脉动测量煤粉浓度[3]，利用光信号互相关【4J和激光干涉【51测量两相流中颗粒速度等等，但是对于烟气成分测量的研究较少。烟气大部分来源于能源、电力、化工、冶金、纺织、制药、垃圾焚烧等各种工业过程，这些烟气含有大量的对人体有害的物质，必须对其排放

7、量进行严格控制。传统的气体测量装置，如利用化学发光原理或热导式的气体测试仪，需要对气体进行取样，无法实现对过程中的气体进行在线实时测量的要求。采用TDLAS技术，除了可以满足上述要求外，还具有较高的测量精度、快的测量响应速度和较少的维护工作量。由于使用非接触式光学测量的原理，还具有适应高温、高粉尘、高水分等恶劣环境的特点。与其他的激光器比较，半导体激光器工作在室温，易于操作，便于维护。半导体激光器光谱宽度与其他种类的激光器相比较窄，更比被测气体吸收谱线的谱宽要窄的多，对于测量是足够的。更重要的是，随着在通讯行业的广泛应用，其价格也大幅度

8、降低。2基本测量原理2．1气体的体积浓度TDLAS技术用于对于气体浓度的测量，其基本原理是根据Beer_Lambert定律【6。01：万方数据中国电机工程学报第25卷每=eXp卜雕c丁，矽cV，xL，c·，