TDLAS技术中分子吸收线型函数在线测量方法研究

TDLAS技术由于其非接触性、高灵敏度、响应速度快等优点而成为当前气体浓度在线检测技术的重要发展方向之一。确定分子吸收线型函数是应用该技术的前提条件，但是目前尚没有有效的方法在线测量分子吸收线型函数，以至严重影响了TDLAS技术的测量精度，限制了其应用范围。为此，申请摒弃传统的假定或拟合分子吸收线型函数的思路，提出并建立了基于TDLAS技术实验的分子吸收线型函数在线测量理论方法。申请拟首先通过分子吸收光谱理论和谐波理论研究TDLAS技术中各次谐波特征参数与分子吸收线型函数的相关性，然后利用该相关性建立一种基于TDLAS谐波分析的分子吸收线型函数在线测量方法，使得可以通过谐波特征参数在线计算得到分子吸收线型函数。理论研究成果将在实验室中通过O2和NH3等实验进行验证和改进。项目预期可以得到完整的分子吸收线型函数在线测量理论及实现方法，进一步提高TDLAS技术的测量精度，拓宽其应用范围。

随着人类对环境污染问题的关注，气体检测技术成为了热门研究课题，可调谐二极管吸收光谱技术（TDLAS）凭借其操作简便、响应快、波长选择性高、抗干扰能力强等优点而成为重要研究方向，其中波长调制法（WMS）的提出有效地提高了TDLAS技术的测量精度，尤其适用于恶劣工况和弱吸收的测量环境。但问题在于：谱线的线型函数是WMS的核心函数，它决定于气体温度、压力、浓度等参数，上述参数的不确定性使得线型函数难以精确确定，进而导致WMS存在测量误差。考虑到WMS中线型函数的重要性，本文在国内外研究基础上，建立一种基于WMS的吸收线型函数在线测量理论和方法，具体研究内容和结论包括：.（1）对现有研究成果弱吸收条件(α≤10%)下2f/1f免标法气体浓度表达式进行分析，将2f/1f免标法拓展到强吸收条件(α≤30%)下气体浓度测量，并研究了线型函数不确定性对2f/1f免标法测量气体浓度的影响，说明线型函数的重要性。.（2）在弱吸收条件下推导出谱线中心频率处二次与四次谐波比值的表达式，对其进行数值模拟，得到该比值具有恒过某不动点的特征，据此提出线型函数的在线测量理论和方法——R24法；在实验室条件下对不同工况的CO2位于6982.0678 cm-1的谱线线型函数进行测量，将测量结果与传统的直接吸收法进行比较，证明R24法测量线型函数具有很高精度。.（3）将R24法测量线型函数在强吸收条件进行拓展和优化，结合2f/1f免标法提出迭代算法测量线型函数，并基于测得的线型函数确定待测气体的分压、总压和浓度等参数，实验结果可以实时、准确反映气体工况的变化。.本项研究对WMS测量线型函数进行了研究，建立了吸收率在0~30%范围内的气体吸收谱线线型函数、气体分压、总压和浓度在线测量方法，并将其应用于工业锅炉烟道内尾气的监测。