激光气体检测及温压补偿研究.pdf

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1、第22卷第4期仪器仪表用户EICVoi．222015年8月NSTRUMEN1lON2015No．4激光气体检测及温压补偿研究黄云彪(重庆川仪自动化股份有限公司技术中心，重庆401121)摘要：可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)是一种灵敏度高、分辨力高和响应快速的气体测量技术，基于(TDLAS)的激光气体分析仪具有预处理简单、不受背景气体和粉尘影响的特点，是工业过程气体在线分析理想选择。本文介绍了波长调制的吸收光谱浓度测量原理以及实际工况下浓度的温压补偿方法。关键词：TDLAS；FFT；波长调制光谱；温压补偿中图分类号：0433文献标识码：A文章编号：1671—1041

2、(2015)04—0021—02StudyonTemperatureandPressureCompensationofLasergasDetectionHuangYunbiao(TheTechnicalCenterofChongqingChuanyiAutomationCO．，Ltd．，Chongqing401121，China)Abstract：Tunablediodelaserabsorptionspectroscopy(TDLAS)isagasdetectiontechnologywithhighsensitivity，highresolutionandfastre

3、sponse，thelasergasanalyzerbasedon(TDLAS)hasthecharacteristicsofsimplepretreatment，escapedfrombackgroundgasanddust，andistheidealchoiceforon—lineindustrialprocessgasanalysis．Inthispaper，themeasurementprincipleofwavelengthmodulationabsorptionspectraandthetemperaturepressurecompensationmethod

4、fortheactualoperatingconditionswillbeintroduced．Keywords：TDLAS；FFT；wavelengthmodulatespectrum；compensationoftemperatureandpressure本文将探讨TDLAS技术浓度测量原理，研究气体浓度测量数字滤波算法，以及浓度测量的温压补偿方法。近年来，随着工业化水平的不断提高，我国的钢铁、冶金、石油化工、电力、造纸、水泥和生化、制药等行业1TDLAS浓度测量原理得到快速发展。但经济增长的同时，工业化进程所带来的根据气体分子对光谱选择吸收原理，当半导体激光环境污染

5、问题日益严重，给我国可持续发展带来巨大压力，器发射出激光束穿过气体时，气体会对特定波长激光吸加强对石油化工、钢铁冶金等高污染行业的工矿企业的监收，导致激光强度产生衰减，分析激光强度的衰减信息就管和限制是减少环境污染的重要方法，实现生产过程的自可以获得被测气体的浓度。TDLAS(TunableDiodeLaser动分析优化和监测是监管的重要手段，具有高精度、响应快、AbsorptionSpectroscopy)可调谐半导体激光吸收光谱技术就可靠稳定的在线分析设备是实现优化和监测的重要环节。是利用气体分子的这一特性来分析气体浓度的。目前，工业在线浓度分析采用的电化学等方法，难

6、以消除根据朗伯一比尔原理，当气体在特定波长范围内吸收其他气体以及被测环境中粉尘、湿度等对测量的干扰，从时，其吸收强度满足如下数学公式：而影响测量准确度。而光学和光谱学方法以其测量精度高、响应快速已成为污染气体监测研究的热点。可调谐二极管1=10exp[一a(v)PCL](1)激光吸收光谱技术(TDLAS)具有原位快速在线测量优势，式中：，一光线穿过被测气体前、后强度，单位：已日益广泛地应用于有毒气体泄漏遥测、大气质量监测等。mW；基于TDLAS技术的在线气体浓度分析仪在取代传统气体分)—介质对光的吸收系数，单位：cm．mol～；析仪方面具有巨大的潜力，它预处理简单、不受背

7、景气体P一气体压强，单位：atm；和粉尘影响，在在线气体分析方面具有广阔的应用前景。C一被测气体的分子浓度，单位：mo1．cm～．atm_。；收稿日期：2015-06-06作者简介：黄云彪(1967一)，男，重庆人，硕士，高级工程师，工程硕士，主要从事自动控制、仪器仪表等方面地研究。E—mail：hybmail@163．con。22仪器仪表用户INSTRUMENTlATION第22卷三一光经过的被测气体长度，单位：cm。由公式可见，式中包含气体浓度信息，测量出光强变化，就能计算出气体浓度。但在实际使用过程中，由于直接光强测量易