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基于可调谐二极管激光吸收光谱的高温高压气体诊断方法研究

本项目主要研究高温高压环境下基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的气体诊断方法。在对高温高压下2.0 μm 波段的部分CO2 谱线参数及可用于谱线拟合的线型进行实验测量及理论计算分析的基础上，采用中心波长位于2.0 μm 附近的可调谐二极管激光器作为光源，结合固定波长的吸收光谱调制技术，基于通过一对CO2 谱线的谐波信号所实现的对高温高压环境中温度以及CO2 浓度测量的相关研究，建立一种可用于高温高压环境下的温度及组份浓度的测量方法，从而可实现对内燃机气缸等设备的工作过程中燃料利用效率以及CO2 气体排放的诊断。同时所进行的相关高温高压谱线参数和线型的研究，可对HITRAN 数据库中2.0 μm 波段的部分CO2 谱线参数进行补充和矫正，并可为高温高压环境下分子谱线的拟合及模拟寻找合适的线型。现状特点：可调谐二极管激光吸收光谱技术是利用二极管激光器波长调谐特性，获得被测气体特征吸收光谱范围内的吸收光谱，从而对气体进行定性分析或定量分析的一种新技术。该技术具有高灵敏度、非接触式、实时、动态、多组分同时测量等优点。由于二极管激光器的高单色性，可以利用待测气体分子的一条孤立吸收谱线进行测量，避免了其他分子谱线的交叉干扰，从而准确地鉴别出待测气体。TDLAS 在许多领域有着潜在的重要应用价值，是近年来国际上非常热门的研究领域之一，其主要的应用领域有：分子光谱研究、机动车尾气测量、工业过程监测控制、天然气泄漏及有毒有害气体监测、大气痕量气体检测、医疗诊断、大气气溶胶测量等领域。技术创新：采用价格较为低廉的2.0μm 波段DFB 型半导体激光器，结合固定波长的调制光谱技术，通过一对CO2 谱线实现对温度及CO2 浓度的测量，在保证探测灵敏度的同时，简化了装置结构，降低了系统成本，有助于仪器便携化和产业化的实现。

江苏师范大学 2021-04-11