高温CO近红外光谱特性分析及实验研究

发布时间：2017-07-15 09:03

  本文关键词：高温CO近红外光谱特性分析及实验研究

  更多相关文章： 可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS) 吸收线强 展宽系数 一氧化碳 温度修正

【摘要】：随着我国经济的高速发展,大气污染导致的环境安全问题日益突出。CO是与燃烧过程相联系的一种典型大气污染组分,因此燃烧场中CO的精确检测对工业燃烧过程的节能减排和发动机燃烧状态诊断等具有重要意义。光谱学方法是燃烧过程诊断的理想工具。可以提供燃烧过程温度、气氛条件等关键参数的原位在线测量,满足燃烧过程在线监测需求,而缺乏燃烧过程气体分子高温光谱特性参数精确实验数据是目前限制燃烧过程光谱检测技术测量精度的一个重要因素。针对上述问题,本文开展了CO近红外高温吸收光谱特性分析及实验研究工作,基于高分辨可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术方法,以红外吸收光谱学理论为依据,首先对双原子分子的振转光谱以及谱线线型函数进行系统理论分析,系统介绍了CO红外吸收光谱的基本特征。然后基于TDLAS直接吸收光谱技术,建立了高温气体吸收光谱特性参数理论研究模型,重点研究了配分函数的不同计算方法,吸收线强理论计算方法及其与温度的相关性。根据上述原理和方法,搭建了基于直接吸收光谱技术的高温CO光谱测量实验系统,根据燃烧过程CO近红外高分辨激光光谱在线检测应用需求,选取了CO在二阶泛频波段范围内的R(12)、R(13)、R(14)三条特征吸收线作为研究对象,并通过一系列的高温光谱参数测量实验,获取了多种条件下三条吸收线在323K～973K温度范围内的吸收光谱；研究了基于高分辨直接吸收光谱的高温气体红外光谱特征参数提取算法,获取了CO二阶泛频波段范围内的R(12)、R(13)、R(14)三条吸收线在323K～973K温度范围内的光谱吸收线强以及光谱吸收线强与温度关系的精确实验数据,并与理论计算数据进行了对比分析。根据不同压强和温度条件下特征谱线的展宽特性,同时获取了谱线自展宽系数、N2-CO互展宽系数和温度依赖系数等高温光谱参数；最后,采用实验得到的谱线吸收线强与温度的关系式,建立了温度修正算法模型,并将温度修正模型应用于高温气体检测。
【关键词】：可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS) 吸收线强 展宽系数 一氧化碳 温度修正
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.21;O657.33
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• Abstract9-16
• 第一章 引言16-23
• 1.1 课题背景及研究意义16-17
• 1.2 燃烧过程中CO测量方法介绍17-19
• 1.3 CO近红外光谱研究现状及进展19-21
• 1.4 课题的研究内容21-23
• 第二章 吸收光谱学理论23-36
• 2.1 光谱学理论23-29
• 2.1.1 气体分子能态与光谱吸收23-24
• 2.1.2 双原子分子的振转光谱24-26
• 2.1.3 谱线线型函数26-29
• 2.2 直接吸收光谱技术29-32
• 2.3 调制吸收光谱(WMS)技术32-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 高温CO光谱参数测量实验系统设计36-49
• 3.1 CO特征吸收谱线的选取36-38
• 3.2 高温光谱测量系统方案38-39
• 3.3 高温光谱测量系统集成39-48
• 3.3.1 激光光源的选取40-43
• 3.3.2 气体吸收池的设计43-44
• 3.3.3 恒温区的设计44-46
• 3.3.4 光电探测器46-47
• 3.3.5 真空计47-48
• 3.3.6 数据采集卡48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 高温CO光谱参数测量系统实验及分析49-67
• 4.1 线强理论计算方法研究49-52
• 4.1.1 配分函数的计算49-51
• 4.1.2 线强理论计算51-52
• 4.2 线强实验测量方法与结果分析52-60
• 4.2.1 激光扫描波长标定52-54
• 4.2.2 Voigt光谱拟合算法的实现54-55
• 4.2.3 线强实验测量方法与分析55-60
• 4.3 自展宽系数测量方法与结果分析60-63
• 4.4 N_2-CO互展宽系数测量方法与结果分析63-65
• 4.5 本章小结65-67
• 第五章 温度修正模型与实验验证67-71
• 5.1 温度修正模型建立67-68
• 5.2 实验方案设计68
• 5.3 实验结果分析68-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 总结71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-77
• 在读期间发表的学术论文与其他研究成果77

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本文编号：543166