研究目的
利用基于超连续谱的激光雷达开发热设备温度分布的新技术，实现多组分同步检测。
研究成果
初步结果表明，在400°C至600°C范围内温度测量精度为15°C，空间分辨率为30厘米。该技术还能同时测量分子数密度或浓度，并可通过单一开口扩展至完整的三维温度与浓度测量。
研究不足
由于一些技术限制，未获得超过600°C高温下的实验数据，目前这些限制正在解决中。
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[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) (2019.6.23-2019.6.27)] 2019年国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 基于短程超连续谱的激光雷达温度剖面测量技术
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[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) (2019.6.23-2019.6.27)] 2019年国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 基于短程超连续谱的激光雷达温度剖面测量技术
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8871713
出版年份：2019
更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要：
光探测与测距（LIDAR）是一种基于收集目标点反向散射（光学频率）电磁辐射的遥感技术。该辐射与周围气体及气溶胶粒子的相互作用为测量多种环境参数（包括温度、压力、湿度和痕量气体浓度）提供了可能。虽然LIDAR技术已持续用于多种可观测量的测量，但该技术通常一次只能针对单一物质。不过，采用超连续谱（SC）光源可缓解这一限制——其提供的宽光谱[1]覆盖了所有待测气体的吸收谱带，从而实现多物质同步检测[2]。本文开发了一种基于SC-LIDAR的热力设备（如燃煤电厂）温度场测绘新技术。该装置设计通过单一开口测量设备内部温度分布，其技术原理如图1(b)所示：利用气体吸收截面随温度变化的特性，在三个波长波段间产生差分吸收。采用HITRAN 2012数据库模拟了典型10%浓度、10米作用长度下水蒸气的透射率。图1(a)展示了实验装置示意图：SC激光脉冲导入含水蒸气的炉膛，入射光部分被炉前第一散射体散射（作为第二散射体的参考基准），其余光束经炉膛吸收后由炉后第二散射体散射。理想燃烧环境中，自然存在的气溶胶粒子将充当散射体角色。随后同步检测三个波段来自双散射体的后向散射信号随时间变化关系，通过比较特定波段间的透射率比值即可确定热力设备内部温度分布。实验室初期测量显示所有通道数据与仿真结果高度吻合（图1(c)-(e)）。受技术限制暂未获取600°C以上高温数据（目前正在解决）。初步结果表明：在400-600°C范围内温度测量精度达15°C，空间分辨率为30厘米。若采用三个及以上波段，该技术还可同步测量分子数密度/浓度。此外，通过改变非平行平面内的入射光束方向，仅需单一开口即可实现三维温度与浓度的同步测量。
作者：
Abba Saleh，Antti Aalto，Piotr Ryczkowski，Tommi Mikkonen，Juha Toivonen
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