利用可调谐半导体激光吸收光谱技术对气体浓度的测量

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CO2在6359．97cm^-1处的吸收谱线模型，并结合HTRAN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。     

TDLAS测量电站锅炉炉内温度与气体组分浓度的应用研究

电站锅炉炉内温度和气体浓度分布在线测量对于控制优化炉内燃烧过程,提高燃烧效率和减少污染物排放具有重要意义。可调谐二极管激光吸收光谱（tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS）技术在炉内温度与气体浓度在线测量上具有很大的应用潜力。从市场需求、市场阻碍因素、技术难点及投资回报4个方面对TDLAS在炉内温度与气体浓度测量上的应用进行分析,探讨了其工业应用需要解决的关键问题。总体来看,TDLAS技术的投资成本和维护成本相对较高,国内成功应用案例不多,但仍有较大的发展空间。     

可调谐半导体激光吸收光谱甲烷浓度监测系统

以中心波长为1 650 nm的激光光源作为探测光源,并结合波长调制光谱以及谐波探测技术,设计了一套基于TDLAS(可调谐二极管激光吸收光谱)技术的CH4气体浓度探测系统.结合长光程测量池,以浓度为99.999%的高纯N2为背景气体,对8种浓度的CH4气体进行了测量,利用配置的101×10-6 CH4气体对系统进行了稳定...     

基于 TDLAS 技术的 CO2 浓度检测方法研究

全球变暖日益严重,二氧化碳作为温室气体的主要成分,需要精准把控。 可调谐半导体激光吸收光谱技术因其具有高 灵敏度、高分辨率的特点,被广泛应用于气体检测等领域。 为了进一步提高 TDLAS 系统的测量精度,在小波去噪的基础上,对 去噪后的 TDLAS 二次谐波信号进行了频域分析处理,利用离散小波变换提取与 CO2 浓度变化相关的频域特征信号,建立回归 模型反演气体浓度。 时域回归模型校正集与预测集的相关系数分别为 0. 998 5 和 0. 997 3,RMSE 值分别为 0. 045 9% 和 0. 017 9%,预测集的最大相对误差为 4. 62%;频域回归模型校正集与预测集的相关系数分别为 0. 999 3 和 0. 999 7,RMSE 值分 别为 0. 032 0%和 0. 006 9%,预测集的最大相对误差为 1. 54%。 实验结果表明 TDLAS 系统的预测能力和测量精度均有效提高, 验证了该方法的可行性。     

差频产生中红外光源及甲烷气体光谱检测

连续波可调谐中红外光源在大气探测、工业生产、医学诊断等领域具有重要的应用价值。基于准相位匹配(QPM)差频产生(DFG)技术,以1060和1550nm波段窄线宽激光器作为基频光源,在周期极化铌酸锂(PPLN)晶体中获得了中红外激光输出。实验系统研究了该中红外DFG光源的转化效率、温度和波长调谐特性。在此基础上,基于所设计的中红外DFG光源构建了甲烷气体检测系统,通过扫描泵浦光波长获得了甲烷分子v3基频振动带2 999.01cm~(-1)处的吸收光谱。     

基于TDLAS和恒流稀释取样的磨煤机出口痕量CO体积分数在线监测技术研究

磨煤机运行参数直接影响着燃煤机组的运行安全和燃烧性能，实时在线监测磨煤机出口CO体积分数并基于监测数据进行安全预警具有重要意义。首先基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)和赫里奥特(Herriott)多次反射池开展波长调制-直接吸收光谱(WM-DAS)法测量精度及检测限验证实验。实验结果表明，在1～10μL/L内CO测量值与配气值一致且检测限可低至5.2×10^–3μL/L(300 s)，具有极高的灵敏度和测量精度。随后基于原理实验研制痕量CO体积分数在线测量系统，并结合烟气恒流稀释高保真预处理技术，将研制的痕量CO体积分数在线监测系统应用于火电机组磨煤机现场，采用多点轮测方式实现了单台火电机组5台磨煤机出口CO在线监测及安全预警。最后结合磨煤机出口温度等监测数据对一次风温进行调整，可在确保磨煤机安全运行基础上提高锅炉效率。     

基于TDLAS的H2S高温反应特性实验研究

电站锅炉在低NOx燃烧过程中因锅炉内还原性气氛浓度较高,会产生较多H₂S气体。针对H₂S因具有易燃、强腐蚀性、剧毒性而可能对火电厂造成多种危害的问题,采用可调谐二极管激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)方法结合多通池和计算机搭建低气体摩尔分数在线测量系统,实现了对混合气体中摩尔分数在10^–6量级H₂S的精确在线测量,并利用该测量系统进行了H₂S高温反应实验,探究实验温度和混合气体中O₂摩尔分数对该反应的影响。实验结果展示了压力为80kPa、O₂摩尔分数为0～5%的条件下,H₂S开始发生化学反应的温度随O₂摩尔分数变化的变化规律,整体而言,混合气体中O₂摩尔分数越高,H₂S开始发生化学反应的温度越低。实验结果可以为锅炉烟气中H₂S的生成、转化和危害控制...     

变压器油中甲烷气体的光声光谱检测方法

甲烷(CH4)是变压器油中溶解的一种可用于变压器早期故障诊断的特征气体。光声光谱技术是基于光声效应的一种新型微量气体检测技术,具有灵敏度高,选择性好,动态检测范围大等优点。该文基于光声光谱技术的基本原理,利用分布反馈半导体激光器构建一种便携式、可调谐的光声光谱装置,借助该装置研究光声信号与激光功率、CH4浓度之间的关系,及CH4的2v3带R(3)支的高分辨光声光谱;该装置对CH4的检测灵敏度达到5.05 mL/L。理论与实验结果为CH4的光声光谱在线监测及高灵敏度可调谐光声光谱仪的设计提供了参考。     

基于激光气体分析的钢水含氧量在线测量

介绍了激光气体分析技术在冶金企业煤气回收分析中的应用情况,利用半导体激光吸收光谱气体分析测量技术对煤气含氧量进行精确的在线测量确保了煤气回收设备的安全生产。系统自投用以来,性能稳定,满足了工艺设备的要求,实现了先进技术与适用性的有效结合。     

变压器油中溶解气体光声光谱检测的温度特性

气体光声光谱检测技术能很好地应用于变压器油中溶解气体的在线监测。温度是光声光谱检测的重要影响因素之一。论文基于光声光谱技术的基本原理,利用分布反馈半导体激光器构建了一种便携式、可调谐的光声光谱装置;在分析光声池声学理论的基础上,结合实验探讨了温度对光声池池常数、谐振频率以及气体吸收系数的影响。以变压器油中主要特征气体C2H2进行实验分析,得到了乙炔气体光声信号与温度之间的关系曲线,理论及实验结果为进一步完善油中气体光声光谱在线监测系统奠定了重要基础。     

基于QEPAS检测氨气痕量气体的研究

痕量氨气(NH_3)检测在大气质量监测和人类疾病预防等方面具有重要意义,然而现有氨气检测方法难以满足当前需求。针对石英增强型光声光谱技术(quartz enhanced photoacoustic spectroscopy,QEPAS)具有灵敏度高、监测实时性好、环境噪声免疫性高等优点,该文在阐述检测原理的基础上,选用中心波长为1531.65 nm的分布反馈式激光器(distributed feedback laser,DFB)作为光源,室温下氨气标准气体作为被测对象,搭建了基于QEPAS的NH_3气体检测系统。该系统确定了谐振管的尺寸和位置,优化了激光滤波准直光路,并结合波长调制与谐波检测技术,实现了氨气浓度的检测。检测结果表明,QEPAS系统的二次谐波信号与NH_3浓度具有良好的线性关系。该系统的检测极限精确度为146 ppb,稳定响应时间约为40 s,4小时连续检测相对误差为2.34%。     

基于光声光谱的变压器油中多组分气体检测方法

油中溶解气体对变压器早期潜伏性故障的诊断具有重要作用。光声光谱技术是基于光声效应的一种新型微量气体检测技术,基于光声光谱技术的基本原理,以甲烷和乙炔为例,对变压器油中多组分故障特征气体的光声光谱检测方法进行研究。提出的基于分布反馈半导体激光器的光声光谱检测装置具有选择性好、检测范围大的优点,提出的基于最小二乘回归的多组分气体光声定量方法不需要池常数、气体吸收系数等参数,因而避免了这些参数引入的误差。实验结果表明,提出的方法能够有效地检测出多组分故障特征气体,为光声光谱技术的工程应用提供了方法参考。     

基于分布反馈半导体激光器的CO气体光声光谱检测特性

一氧化碳(CO)是变压器油中溶解的主要故障特征气体之一,能有效反映运行电力变压器中油纸绝缘的放电及老化;而光声光谱(photoacoustic spectroscopy,PAS)技术能够应用于变压器油中溶解气体的在线监测。基于光声光谱检测原理,利用分布反馈(distributed feedback,DFB)半导体激光器搭建了CO气体光声光谱检测平台,选择1.567m的CO分子谱线为研究对象,实验研究了DFB半导体激光器的辐射特性和CO气体的光声光谱响应特性,分析了光声信号与激光功率、气体浓度的关系。结果表明:在气体吸收未发生饱和效应的条件下,光声信号与激光功率、气体浓度均具有良好的线性关系。该研究结果为变压器油中气体光声光谱的在线监测奠定了基础。     

基于检定环境对风速表标准值影响的研究

为明确风速传感器在检定过程中受到检定环境如温度、湿度和气压所带来的影响,依据《JJG431 2014轻便三杯风向风速表检定规程》对轻便三杯风向风速传感器进行检定,通过标准风速计算公式分析空气温度、湿度和气压检定前后的变化对检定结果的影响,运用加权计算方法计算得出检定过程中温度、湿度和气压各自所占权重,经过实验验证比对,结果表明通过分析研究温、湿度和气压对于标准风速值的影响,使风速传感器检定的准确性得到显著提高,减小了测量不确定度。     

起动过程诊断感应电动机转子断条故障

针对稳态定子电流频谱难以突出故障特征分量的弱点,提出了基于起动过程的感应电动机转子断条检测方法。故障特征频率的定子电流分量对气隙磁场有调制作用,导致定子电流、电磁转矩和转子转速的周期性脉动,这些故障特征在起动过程中表现明显。通过监测感应电动机的整个起动过程,可实现对转子断条的故障检测。实验结果表明该方法行之有效。     

基于NTC的非平衡桥式测温电路的误差分析

针对基于光腔衰荡光谱(CRDS)技术的痕量气体检测技术中对DFB激光器波长稳定性的要求,以EPM1654型激光器模块为例,对基于NTC热敏电阻的非平衡桥式测温电路进行了深入分析。对无源电阻器件的标称值误差和温漂、有源运算放大器的失调电压和温漂、AD转换器的噪声和量化误差、热敏电阻阻值 温度非线性拟合等环节造成的测温误差进行定量分析和权重比较,得出桥臂参考电阻的标称值误差和温漂为影响测温精度的首要因素。同时通过对选取不同桥臂参考电阻阻值时的测温精度进行比较,发现选择使用环境温度范围内与NTC热敏电阻阻值相近的参考电阻有助于减小测温误差。