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基于波长调制光谱技术的高湿烟气残余氧定量测量
1
作者 李琦 王昊 +4 位作者 马柳昊 周晨 严永胜 杜建国 王宇 《光电工程》 北大核心 2025年第9期163-173,共11页
在工业能耗与排放双控的背景下,燃烧效率的精准判断至关重要。氧气作为参与燃烧反应的代表性氧化剂,其在高温烟气中的残余量是评估燃烧状态的关键指标。针对工业高温高湿烟气环境(水汽体积分数为10%~50%)中,传统电化学法和气相色谱法在... 在工业能耗与排放双控的背景下,燃烧效率的精准判断至关重要。氧气作为参与燃烧反应的代表性氧化剂,其在高温烟气中的残余量是评估燃烧状态的关键指标。针对工业高温高湿烟气环境(水汽体积分数为10%~50%)中,传统电化学法和气相色谱法在残余氧测量的精度、可靠性和时间响应等方面性能不足的问题,研制了一种基于激光吸收光谱的传感器,可实现高温高湿烟气中残余氧的定量测量。该传感器采用760 nm激光器与18 m高温长光程气体池,结合波长调制光谱方法,通过优化调制参数有效抑制高湿背景干扰。实验表明,系统具备宽动态检测范围(1 s内0.013%至5.000%),且在高湿与高温(473 K)条件下保持高线性响应(拟合线性度R^(2)≥0.999)。根据Allan方差评估,高温环境下积分时间为183 s时系统的最小检测下限可达17×10^(-6),连续测量验证该传感器在高湿烟气环境中对氧气浓度变化的快速响应能力与良好的稳定性,为高温高湿烟气环境下残余氧浓度的高精度、宽范围、在线监测提供可靠方案。 展开更多
关键词 波长调制光谱 残余氧测量 高湿背景 定量测量
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大气环境条件下波长调制光谱无标测量的压强修正 被引量：5
2
作者 李金义 樊鸿清 +3 位作者 田鑫丽 李红莲 武志超 宋丽梅 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1407-1412,共6页
可调谐激光吸收光谱技术(TDLAS)由于其高灵敏度、高选择性等优势广泛用于痕量气体检测领域。然而其测量结果容易受到目标气体压力波动的影响,特别是在大气环境下尤为明显,现有方法多为在现场安装压力传感器,对测量结果进行校正。提出了... 可调谐激光吸收光谱技术(TDLAS)由于其高灵敏度、高选择性等优势广泛用于痕量气体检测领域。然而其测量结果容易受到目标气体压力波动的影响,特别是在大气环境下尤为明显,现有方法多为在现场安装压力传感器,对测量结果进行校正。提出了一种无需压力传感装置的气体浓度修正方法。选取碰撞展宽占主导地位的气体吸收谱线,分别建立谱线展宽与波长调制光谱一次谐波(WMS-1f)信号的峰谷值间距和二次谐波(WMS-2f)过零点间距的解析表达式,通过测量一次谐波峰谷值间距或二次谐波过零点间距直接得到被测气体压强,进而利用波长调制光谱一次谐波归一化的二次谐波(WMS-2f/1f)技术补偿测量环境中压力波动对气体浓度测量结果的影响。实验以浓度为1980 mg·m^-3的CO2为目标气体,选取其位于4989.97 cm^-1的吸收作为目标谱线,在大气压附近进行不同调制深度的变压力测量实验,通过实验分析了压强变化对二氧化碳吸收谱线谐波信号的影响,利用一次谐波峰谷值间距和二次谐波过零点间距分别反演了气体压强,并与气体压强传感器测得的压强数据进行对比,压强偏差在1%以内,验证了通过谐波间距解析表达式计算压强的正确性及通过测量谐波间距对浓度补偿的可行性。最后利用WMS-2f/1f技术和通过谐波间距测得的压强数据对气体浓度进行压强补偿修正,结果表明通过测量谐波间距修正后的浓度与通过高精度压力表补偿后浓度相比误差小于2%,与通过谐波间距推导得出的压力不确定度(小于2%)一致,验证了该方法的可行性和有效性,进一步提高了TDLAS技术在压强波动较大环境下进行气体浓度检测的测量精度。利用谐波间距对气体浓度补偿的方法无需额外的气体压力传感器,简单易行,特别适合于大气环境中气体成分的高灵敏高精度开放光路遥测,也可用于气体浓度和压强的同时测量。 展开更多
关键词 波长调制光谱 一次谐波 二次谐波 压强波动补偿 CO2检测
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波长调制光谱技术中的激光控制器设计 被引量：3
3
作者 赵建华 高明亮 武秀娟 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2010年第5期537-541,共5页
设计了一种波长调制光谱技术中DFB半导体激光控制电路,该控制电路包括波长调制电路、波长扫描电路和TEC控制电路。通过使用晶振、二进制计数器、带通滤波器以及程控衰减器产生波长调制信号,使用D/A转换器产生波长扫描信号,并且使用NLD05... 设计了一种波长调制光谱技术中DFB半导体激光控制电路,该控制电路包括波长调制电路、波长扫描电路和TEC控制电路。通过使用晶振、二进制计数器、带通滤波器以及程控衰减器产生波长调制信号,使用D/A转换器产生波长扫描信号,并且使用NLD0531BPQ芯片对激光器内置TEC进行控制,最后通过CO二次谐波谱线测量。激光器控制电路的参数全部采用数字控制,并且可以通过单片机进行调整。实验表明,该控制电路具有较高的稳定性,其控制精度达到了0.01℃。 展开更多
关键词 波长调制光谱 激光控制器 电路设计
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剩余振幅调制对波长调制光谱信号线型的影响 被引量：5
4
作者 伍昂 吴尚谦 +2 位作者 蔡彦 董跃辉 翟维 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期357-360,378,共5页
在基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的痕量气体检测中,波长直接调制时剩余振幅调制也会伴随发生,并对检测信号的线型和系统噪声产生严重影响。为了探讨剩余振幅调制对波长调制光谱二次谐波信号线型的影响,采用同时考虑振幅调制和波长... 在基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的痕量气体检测中,波长直接调制时剩余振幅调制也会伴随发生,并对检测信号的线型和系统噪声产生严重影响。为了探讨剩余振幅调制对波长调制光谱二次谐波信号线型的影响,采用同时考虑振幅调制和波长调制两种影响因素的计算方法,理论分析出二次谐波信号的计算公式,与仅考虑波长调制的信号计算方式进行同条件线型计算比对,取得了二次谐波信号基线和正负峰值随剩余振幅调制的变化数据。结果表明,剩余振幅调制的大小对检测信号的线型和信号基线有直接影响,采用这种方法计算得出的二次谐波信号线型更贴近实际检测。 展开更多
关键词 光谱学 可调谐二极管激光吸收光谱 波长调制光谱 二次谐波检测 剩余振幅调制
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波长调制光谱检测下限计算方法的研究 被引量：4
5
作者 蔡彦 吴尚谦 +2 位作者 伍昂 翟维 董跃辉 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期390-393,397,共5页
在基于波长调制光谱技术的大气痕量气体检测下限计算方法的研究中,全面准确地描述吸收信号及噪声的大小极为重要。为了探讨半导体二极管激光器在进行波长直接调制时伴随产生的残余振幅调制噪声对检测下限的影响,在理论推导中采用了一种... 在基于波长调制光谱技术的大气痕量气体检测下限计算方法的研究中,全面准确地描述吸收信号及噪声的大小极为重要。为了探讨半导体二极管激光器在进行波长直接调制时伴随产生的残余振幅调制噪声对检测下限的影响,在理论推导中采用了一种同时考虑波长和振幅调制的二次谐波信号分析及提取方法,以二次谐波信号峰谷差值作为系统的检测信号,对可调谐二极管激光器吸收光谱检测系统的信噪比和检测下限进行了理论分析,取得了洛伦兹吸收线型条件下残余振幅调制噪声对系统信噪比和检测下限的影响的精确计算数据。结果表明,在吸收线的线宽较大的检测条件下,残余振幅调制噪声是影响检测下限的重要因素。 展开更多
关键词 光谱学 检测下限 波长调制光谱 信噪比 残余振幅调制
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基于波长调制光谱技术的多组分气体遥测系统(特邀) 被引量：6
6
作者 蒋源 郑睿健 +4 位作者 续新科 任隆样 赵刚 赵延霆 马维光 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期188-197,共10页
为实现对危化品气体泄漏的实时、远距离、非接触性监测,提高监测效率和精度,研制了一种多组分气体激光遥测系统。基于波长调制光谱技术,利用STM32芯片结合自主设计的驱动电路对激光器进行控制,采用不同的调制频率分别提取甲烷、氨气、... 为实现对危化品气体泄漏的实时、远距离、非接触性监测,提高监测效率和精度,研制了一种多组分气体激光遥测系统。基于波长调制光谱技术,利用STM32芯片结合自主设计的驱动电路对激光器进行控制,采用不同的调制频率分别提取甲烷、氨气、乙炔的二次谐波信号,实现混合气体的同步、实时、远距离遥测。采用光强调制幅度归一化的波长调制光谱技术使遥测结果免受回波激光对信号强度的影响。实验测量表明本系统对甲烷、氨气、乙炔的探测下限分别可以达到87 ppm·m、212 ppm·m、12 ppm·m,测量误差小于10%。测量不同距离下的遥测信号,遥测距离至少可达40 m。本系统为激光痕量气体检测研究与应用提供了一种多气体、实时、同步、高灵敏度、远距离、性能稳定的遥测解决方案,能够广泛应用于矿山灾害气体监测预警,危化品场站和运输管网等场合的气体泄漏监测预警。 展开更多
关键词 光谱学 痕量气体检测 多组分气体 可调谐半导体激光吸收光谱 波长调制光谱技术 气体遥测
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利用波长调制光谱技术测量高温环境中的气体压强、温度和H_2O组分浓度 被引量：5
7
作者 屈东胜 洪延姬 +2 位作者 王广宇 潘虎 王明东 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1339-1344,共6页
利用基于可调谐半导体激光器的扫描波长调制光谱技术,实现了高温燃烧场内气体参数的测量。提出了基于迭代算法实现气体压强、温度和组分浓度同时测量的方法,迭代算法具有收敛速度快以及对初始值不敏感等优点。采用频分复用技术,利用两条... 利用基于可调谐半导体激光器的扫描波长调制光谱技术,实现了高温燃烧场内气体参数的测量。提出了基于迭代算法实现气体压强、温度和组分浓度同时测量的方法,迭代算法具有收敛速度快以及对初始值不敏感等优点。采用频分复用技术,利用两条H_2O吸收谱线(7 454.45和6 806.03cm-1)的谐波信号,对高温燃烧场进行了实验研究,并将气体压强、温度和H_2O组分浓度测量结果与压力传感器、热电偶和直接吸收光谱法的测量结果进行比较,结果表明,基于波长调制光谱技术测得的气体压强、温度和H_2O浓度与预测值基本符合,最大偏差分别在7.6%,8.1%和7.5%以内。此方法具有多参数同时测量、免标定等显著优势,但由于依赖的参数较多,容易对测量精度造成影响。 展开更多
关键词 波长调制光谱 燃烧场 免标定测量 迭代算法
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基于波长调制光谱的多参数测量方法研究 被引量：4
8
作者 屈东胜 洪延姬 +2 位作者 王广宇 王明东 潘虎 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期470-476,共7页
基于扫描波长调制光谱技术,开发了一种同时测量气体压强、温度和组分浓度等多个参数的传感器.详细分析了利用谱线的4f_(peak)/2f_(peak)和2f/1f信号测量气体参数的迭代算法以及传感器的设计方案.采用频分复用方案,利用7 429.72 cm^(-1)... 基于扫描波长调制光谱技术,开发了一种同时测量气体压强、温度和组分浓度等多个参数的传感器.详细分析了利用谱线的4f_(peak)/2f_(peak)和2f/1f信号测量气体参数的迭代算法以及传感器的设计方案.采用频分复用方案,利用7 429.72 cm^(-1)和7 454.45 cm^(-1)两条H_2O谱线对温度分布在300~1 200 K范围内的静态气室进行了实验研究.实验结果表明迭代算法具有收敛速度快和测量精度高等优点,温度、压强和H_2O组分浓度的测量值与预测值基本符合,与预测值的最大相对偏差分别在4%、6%和6%以内. 展开更多
关键词 波长调制光谱 传感器 迭代算法 气体参数
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基于波长调制光谱的非均匀流场气体参数二维分布测量 被引量：1
9
作者 屈东胜 洪延姬 +1 位作者 王广宇 辛明原 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期1395-1401,共7页
基于波长调制光谱方法,研究了一种实现非均匀燃烧场气体参数二维分布测量的新方法。气体参数的二维分布是通过测量激光穿过非均匀流场区域的积分吸光度并结合重建算法进行反演实现。研究了基于波长调制光谱,通过拟合谐波信号实现积分吸... 基于波长调制光谱方法,研究了一种实现非均匀燃烧场气体参数二维分布测量的新方法。气体参数的二维分布是通过测量激光穿过非均匀流场区域的积分吸光度并结合重建算法进行反演实现。研究了基于波长调制光谱,通过拟合谐波信号实现积分吸光度测量的方法。利用所选的7185.60cm^(-1)和7454.45cm^(-1)两条H_2O谱线,通过建立离散模型和设计光线布局,基于波长调制光谱方法和代数迭代重建算法实现了非均匀流场区域内温度场和H_2O组分浓度场的二维分布测量。重建结果表明:基于波长调制光谱的二维重建方法具有较高的重建精度,与预测值相比,温度和H_2O组分浓度的重建误差分别小于1.69%和3.05%。 展开更多
关键词 波长调制光谱 燃烧场 二维分布测量 积分吸光度
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免标定波长调制吸收光谱技术在高焓流场诊断中的应用
10
作者 陈卫 王磊 伍越 《实验流体力学》 北大核心 2025年第2期38-45,共8页
高温气体参数是分析高焓流场热化学特性及其与防热材料作用机理的重要基础,但由于流场温度高、气体化学反应剧烈,导致这些参数的测量信号难以标定,使得其定量测量非常困难。波长调制光谱技术作为一种可调谐二极管激光吸收光谱技术,具有... 高温气体参数是分析高焓流场热化学特性及其与防热材料作用机理的重要基础,但由于流场温度高、气体化学反应剧烈,导致这些参数的测量信号难以标定,使得其定量测量非常困难。波长调制光谱技术作为一种可调谐二极管激光吸收光谱技术,具有抗干扰能力强的优点,非常适合应用于环境复杂的工业现场。通过理论仿真与实验测量的谐波信号进行迭代拟合,发展了免标定的波长调制技术数据处理方法,并成功应用到高频感应等离子体流场和电弧加热流场诊断中。高频感应等离子体流场的温度和电子密度测量结果与直接吸收法测量结果比较吻合,电弧加热流场焓值测量结果与能量平衡法计算结果相对误差约10%,验证了免标定数据处理方法的可靠性,可作为高焓流场参数定量测量的有效手段。 展开更多
关键词 激光吸收 波长调制光谱 高焓流场 电弧加热 高频感应等离子体 免标定
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波长调制-直接吸收光谱法Rb同位素比测量
11
作者 徐积政 孟远 +6 位作者 卢兴吉 黄俊 杨韬 赵强 寿欢欢 黄印博 曹振松 《光学精密工程》 北大核心 2025年第7期1031-1041,共11页
Rb同位素分析可提供待测样品的起源和历史信息,在地质科学、生物医学以及核法证学等领域具有重要意义。波长调制-直接吸收光谱(WM-DAS)具有高信噪比和免标定的优势,对气态分子或原子可实现快速高灵敏度测量,适合用于气态金属原子同位素... Rb同位素分析可提供待测样品的起源和历史信息,在地质科学、生物医学以及核法证学等领域具有重要意义。波长调制-直接吸收光谱(WM-DAS)具有高信噪比和免标定的优势,对气态分子或原子可实现快速高灵敏度测量,适合用于气态金属原子同位素丰度现场快速测量。采用RbCl固体样品作为实验对象,使用电热还原法获取气态Rb原子,在WM-DAS方法基础上添加阈值去噪,用直接吸收光谱和WM-DAS以及阈值去噪后的WM-DAS分别测量了Rb原子D2跃迁线的吸收率函数,用高斯线型进行拟合,信噪比分别提升了1.40倍和1.84倍。考虑D2线超精细结构后信噪比提升1.48倍,并反演气态Rb原子温度为439 K和饱和蒸气压1.826 Pa。同位素比^(85)Rb∶^(87)Rb为2.613±0.007,测量精度达到0.779%,精度和不确定度均优于DAS方法,^(85)Rb检测限为0.23%,可满足铷矿石探测需求。WM-DAS与电热还原原子化装置相结合,在固体金属检测领域具有探测精度高、抗干扰能力强等优势,更利于现场快速测量,在同位素丰度测量分析方面具有很好的应用前景。 展开更多
关键词 波长调制-直接吸收光谱 Rb同位素 超精细结构 吸收率函数
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基于调制激光光谱吸收的高稳定性气体检测 被引量：2
12
作者 康虎 张夏 +2 位作者 郑世杰 邵犁 冯国英 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期145-152,共8页
为了精确测定待测气体的体积分数,提高可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)的稳定性,优化了TDLAS气体检测系统的扫描信号。基于HITRAN数据库,选定了甲烷气体在1654 nm附近吸收峰,计算出含甲烷、水蒸气和二氧化碳混合气体的吸收系数;使用可... 为了精确测定待测气体的体积分数,提高可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)的稳定性,优化了TDLAS气体检测系统的扫描信号。基于HITRAN数据库,选定了甲烷气体在1654 nm附近吸收峰,计算出含甲烷、水蒸气和二氧化碳混合气体的吸收系数;使用可视化仿真工具对气体检测系统进行理论仿真,同时通过搭建的气体检测系统验证仿真结果。结果表明,通过优化扫描信号,提高了检测系统的稳定性,偏差值从0.3%降至0.07%;建立了2次谐波信号均值与气体体积分数的反演模型,线性拟合的相关系数R^(2)=99.99%。此研究为提升TDLAS系统的稳定性和准确性,及实现高稳定气体检测具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 光谱学 波长调制光谱-可调谐二极管激光吸收光谱 呼出气检测 建模仿真
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基于免校准波长调制的多光程吸收光谱 被引量：4
13
作者 邵李刚 邱选兵 +1 位作者 魏计林 李传亮 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期795-799,共5页
为了研究免校准波长调制光谱技术对激光光强变化及外界干扰的免疫能力,采用基于免校准波长调制技术的多光程吸收光谱,以乙炔为测量目标,进行了理论分析和实验验证.结果表明,不同激光功率下得到的波长调制二次谐波信号幅值发生明显变化,... 为了研究免校准波长调制光谱技术对激光光强变化及外界干扰的免疫能力,采用基于免校准波长调制技术的多光程吸收光谱,以乙炔为测量目标,进行了理论分析和实验验证.结果表明,不同激光功率下得到的波长调制二次谐波信号幅值发生明显变化,但通过免校准的方法得到的信号变化较小,且受气流影响、部分遮光、系统振动等外界干扰影响较小;采用免校准方法实验得到的体积分数在5×10^-6~9×10^-5范围内的光谱信号拥有较好的线性度,相关系数达0.9997;采用Allan方差分析得到该实验系统的最小探测极限可达1.2×10-8.免校准波长调制光谱技术能较好地避免光强抖动、气流干扰、系统振动等干扰,从而提高系统稳定性和探测灵敏度. 展开更多
关键词 光谱学 可调谐半导体激光吸收光谱 免校准波长调制光谱 气体测量 乙炔(C2H2)
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基于跨波长调制和直接吸收光谱的宽量程多气体检测方法 被引量：8
14
作者 赵晓虎 孙鹏帅 +4 位作者 张志荣 王前进 庞涛 孙苗 庄飞宇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期82-91,共10页
针对可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)在煤矿、石油化工领域进行气体浓度检测时,遇到的高精度、宽动态范围需求,采用时分复用的方法,将直接吸收光谱技术(Direct Absorption Spectrosco... 针对可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)在煤矿、石油化工领域进行气体浓度检测时,遇到的高精度、宽动态范围需求,采用时分复用的方法,将直接吸收光谱技术(Direct Absorption Spectroscopy,DAS)和波长调制光谱(Wavelength Modulation Spectroscopy,WMS)技术的优势相结合,完成了高精度、宽量程和免标定多气体检测系统的设计。设计激光器的驱动为线性扫描输出和叠加不同高频调制扫描输出的周期信号,用于完成高低浓度反演算法的时分复用计算,通过实验优化选择检测气体的吸光度拐点,实现对气体浓度的高精度、宽量程检测。在室温和常压下,通过实验分别对CH_(4)、CO和C_(2)H_(2)三种气体体积浓度进行检测,确定了两种算法最佳拐点吸光度约为0.026 cm^(-1)。系统对CH_(4)、CO和C_(2)H_(2)三种气体体积浓度的检测量程分别为0~100%、0~5 000×10^(-6)和0~1 000×10^(-6),其最小体积浓度检测限分别为2.27×10^(-4)、0.21×10^(-6)、1.68×10^(-6),且在量程内的测量结果准确度优于现行的煤矿行业标准。实验结果表明:该方法能够满足工业现场实际应用的需求,有利于拓展激光吸收光谱技术在工业过程、安全等领域的应用。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱技术 直接吸收光谱 波长调制光谱 宽动态范围
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基于深度学习的波长调制吸收光谱非线性层析重建研究 被引量：1
15
作者 王振海 超星 《燃烧科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期659-666,共8页
本文基于深度学习算法,开展了免标定波长调制吸收光谱非线性层析重建研究.采用频分复用技术,构建吸收光谱非线性层析重建方案,使用5条吸收谱线、2个投影角度共计20条投影光线.以二维温度场重建为例,在无噪声时温度场平均重建误差为2.85%... 本文基于深度学习算法,开展了免标定波长调制吸收光谱非线性层析重建研究.采用频分复用技术,构建吸收光谱非线性层析重建方案,使用5条吸收谱线、2个投影角度共计20条投影光线.以二维温度场重建为例,在无噪声时温度场平均重建误差为2.85%,且在不同噪声水平和训练样本数目条件下,该方案可实现高精度温度和浓度场二维重建.本工作首次从算法理论层面实现了二维温度、浓度分布重建,将为实际燃烧环境中非线性层析重建实验提供指导. 展开更多
关键词 深度学习方法 波长调制光谱 非线性层析 温度场 浓度场
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基于波长调制-直接吸收光谱的CO分子2.3μm处谱线参数高精度测量 被引量：2
16
作者 田思迪 王振 +2 位作者 杜艳君 丁艳军 彭志敏 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2246-2251,共6页
波长调制-直接吸收光谱(WM-DAS)结合了直接吸收光谱(DAS)可直接测量吸收率和波长调制光谱(WMS)高信噪比的优点,可用于测量气体分子吸收谱线的光谱参数。采用WM-DAS方法结合有效光程约为45 m的Herriott型长光程吸收池,在CO浓度为24.151μ... 波长调制-直接吸收光谱(WM-DAS)结合了直接吸收光谱(DAS)可直接测量吸收率和波长调制光谱(WMS)高信噪比的优点,可用于测量气体分子吸收谱线的光谱参数。采用WM-DAS方法结合有效光程约为45 m的Herriott型长光程吸收池,在CO浓度为24.151μmol·L^(-1)、常温常压条件下,测量了CO分子中心频率为4300.700 cm^(-1)谱线的吸收率,用Voigt线型(VP)函数对测量的吸收率进行拟合,结果表明对WM-DAS方法测量结果进行拟合所得的残差标准差比用传统DAS方法减小一半以上,证明WM-DAS方法的抗干扰能力比DAS更强。采用该方法与光程约为50 cm的吸收池结合,对CO分子在4278~4304 cm^(-1)波段的8条弱吸收谱线在不同压力下的吸收率进行测量,实验采用浓度为0.411μmol·L^(-1)的CO标准气体。分别采用VP、Raution线型(RP)和quadratic-speed-dependent-Voigt线型(qSDVP)对测量所得吸收率进行拟合,得到CO分子与空气分子的碰撞展宽系数γ0(T_(0))、Dicke收敛系数β0(T_(0))和速度依赖的碰撞展宽系数γ2(T_(0)),并对测量结果进行不确定度分析。其中由VP拟合所得各谱线的γ0(T_(0))与HITRAN数据库中参考值吻合较好,其相对误差均小于1%;Dicke收敛系数β0(T_(0))和qSDVP中速度依赖的碰撞展宽系数γ2(T_(0))的高精度测量为进一步完善分子光谱数据库及气体参数高精度测量提供了数据基础。 展开更多
关键词 波长调制-直接吸收光谱 吸收率 碰撞展宽系数 Dicke收敛系数
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基于吸收光谱测量的CO催化氧化特性研究
17
作者 庄柯 贺拴玲 +3 位作者 许芸 董月红 张乾 彭志敏 《激光杂志》 北大核心 2025年第3期84-90,共7页
CO、CO_(2)作为燃烧过程中的重要产物,大量排放会造成碳减排压力增大,对其浓度进行高精度实时在线监测对提高锅炉燃烧效率及碳排放准确计量具有重要意义。基于波长调制-直接吸收光谱(WM-DAS)技术和赫里奥特(Herriott)多次反射池设计了... CO、CO_(2)作为燃烧过程中的重要产物,大量排放会造成碳减排压力增大,对其浓度进行高精度实时在线监测对提高锅炉燃烧效率及碳排放准确计量具有重要意义。基于波长调制-直接吸收光谱(WM-DAS)技术和赫里奥特(Herriott)多次反射池设计了可实现混合气体中含量为10^(-6)量级的CO、CO_(2)浓度准确在线测量实验系统,系统检测限可达到10^(-8)量级;然后基于该实验系统开展CO催化氧化特性研究实验,探究氧气含量和CO浓度对催化效率的影响,实验结果表明,在温度为339 K~344 K、压力为101 kPa条件下,氧气含量在1%~5%范围内,CO催化效率随氧气含量的增加而升高;当氧气含量为1%、CO体积分数为800×10^(-6)时,催化效率随反应温度升高而增加。实验结果可为工业烟气中CO的去除、转化提供数据基础。 展开更多
关键词 波长调制-直接吸收光谱 CO测量 CO_(2)测量 催化氧化
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硬件可重构近红外波长调制甲烷传感器及应用(特邀) 被引量：1
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作者 师月崇 李亚飞 +2 位作者 宋芳 郑传涛 王一丁 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期80-91,共12页
为了加快气体吸收光谱分析算法的求解速度、重构算法的硬件逻辑,采用现场可编程门阵列(FPGA)器件,结合波长调制光谱技术,研制了一种硬件可重构波长调制甲烷传感器。根据应用功能需求,可在硬件层面重构逻辑电路,从而更新系统工作模式和... 为了加快气体吸收光谱分析算法的求解速度、重构算法的硬件逻辑,采用现场可编程门阵列(FPGA)器件,结合波长调制光谱技术,研制了一种硬件可重构波长调制甲烷传感器。根据应用功能需求,可在硬件层面重构逻辑电路,从而更新系统工作模式和探测参数。采用流水线技术,对光谱分析算法进行了硬件加速,光谱分析部分的输入与输出之间的时间延迟仅为4.05 ms。实验分析了该传感器在连续、间歇两种工作状态下的波形与电流,证明了该系统工作模式的可重构特性,也证实了采用间歇式工作降低激光气体传感器功耗的可行性。采用正弦信号对FPGA算法部分的功能进行了测试,结果表明,测得的信号幅值与输入信号幅值的线性度达到了99.99%。采用中心波长为2334 nm的分布式反馈激光器作为光源、光程为25 m的赫里奥特气室作为气体吸收池,开展了甲烷检测实验。传感器的线性度为99.97%,响应时间约为4.9 s。艾伦方差结果表明,当积分时间为0.5 s时,传感器的检测下限为7.8×10^(-6)。开展的甲烷泄露实验证实了该传感器的现场应用能力。设计的FPGA算法,通过硬件编程,可实现传感器工作模式与参数的灵活重构,在激光气体传感领域具有较好的片上集成应用前景。 展开更多
关键词 光电检测技术 红外吸收光谱 波长调制光谱 现场可编程门阵列 气体检测
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基于波长调制谐波信号主峰拟合的气体浓度测量方法
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作者 杨阳 刘畅 徐立军 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期2187-2192,共6页
为了提高激光波长调制光谱法(WMS)测量气体浓度的速度和准确度,首次提出了一种通过对吸收光谱谐波信号的主峰进行拟合的气体浓度测量方法。在该方法中,只扫描吸收光谱谐波信号的主峰部分来获得谐波信号(WMS-2f/1f)的峰值点。因为缩减了... 为了提高激光波长调制光谱法(WMS)测量气体浓度的速度和准确度,首次提出了一种通过对吸收光谱谐波信号的主峰进行拟合的气体浓度测量方法。在该方法中,只扫描吸收光谱谐波信号的主峰部分来获得谐波信号(WMS-2f/1f)的峰值点。因为缩减了吸收光谱的扫描范围,所以扫描速度得到了提高。通过对吸收光谱谐波信号(WMS-2f/1f)的主峰部分进行多项式拟合,进一步提高了测量精度。详细讨论了多项式阶数的确认方法,以及拟合数据长度对测量结果的影响。通过测量不同情况下的二氧化碳浓度验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 波长调制光谱法(WMS) 多项式拟合 吸收光谱 气体浓度 二氧化碳
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自适应滤波算法在二次谐波信号降噪中的应用 被引量：1
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作者 邵昊 李博冉 +2 位作者 王凯 张贝 刘超杰 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第4期1534-1543,共10页
针对可调谐二极管激光吸收光谱-波长调制光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy-Wavelength Modulation Spectroscopy, TDLAS-WMS)技术在天然气管道巡检等痕量气体检测过程中常受到光学元件和电子器件噪声对二次谐波信号的... 针对可调谐二极管激光吸收光谱-波长调制光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy-Wavelength Modulation Spectroscopy, TDLAS-WMS)技术在天然气管道巡检等痕量气体检测过程中常受到光学元件和电子器件噪声对二次谐波信号的干扰问题,为了提高系统检测精度,提出了一种基于吸收峰两侧无吸收翼部分噪声作为参考信号的自适应滤波方法,通过递归更新滤波器权重,动态抑制二次谐波中的非平稳噪声,提升系统的检测精度。试验结果表明,该方法显著提高了系统的信噪比与线性度,滤波后拟合优度R2从0.996 4提升至0.997 3,检测下限由0.201×10^(-6)降低至0.128×10^(-6),降幅约为36.3%。 展开更多
关键词 公共安全 吸收光谱 波长调制光谱 互相关检测 自适应滤波 二次谐波
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