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基于计算机断层扫描-可调谐二极管激光吸收光谱的煤粉燃烧场二维温度测量特性
摘要： 二维温度与浓度分布是燃煤电厂理解燃烧场并开发高效燃烧技术的重要参数。然而由于煤粉燃烧会产生大量粉尘和强火焰辐射，传统测量技术难以获取其二维温度浓度场数据。本文重点研究基于计算机断层扫描与可调谐二极管激光吸收光谱联用的二维温度测量方法——通过直接吸收光谱技术分别利用1388nm和1343nm处水蒸气吸收谱线进行单激光扫描，该方法具有优异的时空分辨率、快速响应、高灵敏度、自校准及光学可达性等特性。采用修正后的光谱数据库提升了可调谐二极管激光吸收光谱的温度测量精度。通过均方根差（0.001）和零均值归一化互相关系数（>0.991）评估16光路构型的计算机断层重建精度，证实了假设分布与重建分布的温度一致性。该联用技术成功应用于煤粉火焰的二维温度测量，实现300K-2500K范围内1ms时间分辨率的时序二维温度监测。通过与甲烷-空气火焰温度分布对比（主要放热来自甲烷燃料），验证了测量结果的合理性。该技术在煤粉燃烧场的应用将有助于通过燃烧组织优化或燃烧系统新设计，实现运行控制最优化与燃烧效率提升。
关键词： 发电厂，煤粉燃烧，计算机断层扫描（CT），可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS），二维温度测量
更新于2025-09-23 15:21:01
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基于激光吸收光谱的室内环境气体分布测绘：一种改进的层析算法开发
摘要： 气体分布测绘（GDM）是研究室内环境的重要技术，可用于评估环境控制系统的效率并识别污染源。近期研究多通过接触式传感器或传感器网络实现GDM，但存在传感器校准困难、难以覆盖全空间的问题。本研究引入非接触式可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术进行室内环境GDM，提出改进的层析算法——带Tikhonov正则化的最小二乘法（LSTR），并通过四个经验证的计算流体力学（CFD）模拟与两种现有层析算法对比。我们定量分析了激光发射器布设位置与光路密度对浓度场重建的影响：结果表明LSTR方法可将层析平均相对均方根误差（RRMSE）降低52%，长边中部（LEM）位置的激光发射器具有更优层析性能；污染源浓度扩散程度主要影响层析结果——当浓度分布的扇形扩散（SD）值增大至约2.3倍时，平均RRMSE可降低约40%；高路径密度的交叉矩阵因条件数更低而获得更精确的重建图谱。此外建议光路密度取网格单元数的两倍以平衡扫描时间与精度需求。
关键词： 非接触式传感，可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS），浓度测量，室内空气，空气污染
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于计算断层扫描-可调谐二极管激光吸收光谱（CT-TDLAS）的激光温度传感系统在煤粉燃烧中的应用
摘要： 对煤粉火焰中燃烧现象的研究对于与节能减排相关的燃烧优化具有重要意义。实时二维（2D）温度和浓度分布对燃烧分析起着重要作用。本研究开发了一种非接触式、快速响应的二维温度和浓度分布测量方法。该方法基于计算机断层扫描（CT）与可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）的结合。所开发的32路径CT-TDLAS的准确性评估证明了其进行二维温度测量的可行性。将32路径CT-TDLAS应用于CH4和5 kg/h煤燃烧场的二维温度测量。使用具有kHz时间分辨率的32路径CT-TDLAS测量单元测量了煤燃烧炉中的时序二维温度分布。燃烧火焰的瞬态温度场直接反映了燃烧模式和燃烧稳定性。测量结果表明，CT-TDLAS适用于各种类型的燃烧器，尤其是含有煤和灰颗粒的燃烧场。具有kHz响应时间的CT-TDLAS方法使得实时二维温度测量能够适用于燃烧分析。
关键词： 二维温度测量，计算机断层扫描（CT），可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS），时间序列分布，煤炭燃烧
更新于2025-09-23 15:19:57
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最小二乘法在处理可调谐二极管激光吸收光谱技术于4860-4880 cm?1波段获取的信号中的应用——用于呼出气中13CO?含量的测量问题
摘要： 采用一阶、二阶和三阶最小二乘法（LSM-1、LSM-2和LSM-3）对可调谐二极管激光吸收光谱法在4860-4880 cm?1频段获取的13CO2和12CO2实验吸收信号进行平滑处理。研究明确表明：使用滤波窗口N约100的二阶最小二乘法（LSM-2），可将呼出气中13CO2含量的测量误差控制在0.28%水平，完全满足呼吸测试要求。
关键词： 气体分析、生物医学分析、二氧化碳、可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于可调谐二极管激光吸收光谱的氢气传感器
摘要： 基于激光的氢气（H2）传感器采用波长调制光谱技术（WMS）实现分子氢的非接触式测量。该传感器利用分布式反馈激光器（DFB）瞄准2121.8纳米处的氢气四极矩吸收谱线。实验发现该氢气吸收谱线呈现微弱的碰撞展宽效应与显著的碰撞窄化效应，通过对比不同线型轮廓（含碰撞窄化效应）的详细模型测量数据，系统研究了这两种效应。研究确定了纯氢及氮气/空气混合气体中氢气的碰撞展宽与窄化参数。传感器性能评估表明：在1米吸收光程（精度达0.02%v·m）和1秒积分时间内，可实现0-10%v氢气浓度范围的精确测量，精度达到0.02%v；当采用20秒最优平均时间时，精度提升至0.005%v·m。实验观测到氢气浓度与传感器响应呈良好线性关系。该传感器采用简易坚固的收发器配置，适用于恶劣工业环境的原位安装。
关键词： 激光光谱学、波长调制光谱法、二极管激光器、可调谐二极管激光吸收光谱技术、吸收光谱学、氢传感器、氢气、气体传感器
更新于2025-09-11 14:15:04
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光耦合配置与对准对基于空芯波导的气体传感器系统实时检测呼出二氧化碳稳定性的影响
摘要： 报道了一种基于中红外可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）并采用空心波导（HWG）气室的气体传感器，用于实时检测呼出二氧化碳（eCO2）。该传感器使用2.73微米分布反馈式（DFB）激光器靶向CO2强吸收谱线，并采用二次谐波波长调制光谱技术（WMS-2f）实现高灵敏度CO2浓度检测。系统研究了包括空心波导耦合结构、激光器-波导及波导-探测器耦合对准等不同参数对HWG传感器稳定性的影响。该HWG eCO2传感器展现出2.7秒的快速响应时间，在0.54秒时间分辨率下检测限为17 ppmv，测量精度达20.9 ppmv?？墒凳辈饬亢粑芷谥衑CO2浓度的变化。艾伦方差分析表明：当积分时间延长至26秒时，检测限可降至1.7 ppmv，对应1.3×10?8 cm?1 Hz?1/2的检测灵敏度。本研究展示了HWG eCO2传感器在呼气分析中的性能特性与优势，并具有其他呼出气体检测的潜在应用价值。
关键词： 空心波导、分布反馈激光器、二氧化碳、可调谐二极管激光吸收光谱技术
更新于2025-09-11 14:15:04
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面向可调谐二极管激光吸收光谱层析成像的定制化空间分辨率与休·麦卡恩
摘要： 可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）层析成像技术已广泛应用于燃烧过程中气体参数的时空解析。工业应用对层析图像空间分辨率的要求因目标区域尺寸和微小特征检测需求而异。本研究基于优化的光束排布方案，提出了一种在TDLAS层析系统设计中定制空间分辨率的方法。据我们所知，该方案首次量化了成像空间样本数量（包括角度维度和线性维度）变化对空间分辨率的影响。更重要的是，该方案可用于确定实现预期空间分辨率的最优光学布局。系统复杂度的降低将使传感器能在实际燃烧器中可靠安装。最后，我们基于先前从汽车发动机获取的实验数据，将该方案应用于案例研究。
关键词： 可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）、空间分辨率、燃烧诊断、层析成像、光束排布
更新于2025-09-11 14:15:04