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煤热解中痕量乙烯在线激光吸收光谱检测 被引量：4
1
作者 段政 孟星星 +6 位作者 李凯亮 孙小聪 田亚莉 宫廷 李传亮 邱选兵 蔡廷栋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期670-677,共8页
为了实现煤热解过程中痕量乙烯(C2H4)标识气体的在线识别与检测,结合波长调制与长光程技术,搭建了煤热解乙烯在线激光吸收光谱检测装置。采用中心波长为1620 nm通信波段DFB激光器作为激光光源,有效光程为15 m的多光程吸收池为样品吸收池... 为了实现煤热解过程中痕量乙烯(C2H4)标识气体的在线识别与检测,结合波长调制与长光程技术,搭建了煤热解乙烯在线激光吸收光谱检测装置。采用中心波长为1620 nm通信波段DFB激光器作为激光光源,有效光程为15 m的多光程吸收池为样品吸收池,利用SR830进行波长解调,通过二次谐波信号反演得到乙烯浓度。使用高精度流量控制器,利用高纯氮气稀释乙烯配比,制备得到10×10^(-6)到90×10^(-6)的标准乙烯样气,其线性拟合的相关系数R2为0.9989;对浓度为20×10^(-6)的乙烯进行连续4000 s的Allan方差分析,实验结果表明,检测极限为121×10^(-9)。为了研究不同气体氛围下煤热解过程中乙烯浓度的演化规律,控制气体流速为150 mL/min,分别在氮气、空气以及合成空气中对乙烯标识气体的释放过程进行热重分析实验。研究发现,当温度小于500℃时,3种气体环境下乙烯释放量较少且基本一致,当温度在500~700℃时,氮气环境中乙烯释放量要远高于其他两种气体,但空气中乙烯释放的增速最快,最大释放量约为40×10^(-6),温度高于700℃时乙烯释放量均开始减少。这一结果为进一步探索煤热解中乙烯的生成机理提供了理论和实验基础。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱技术 乙烯 ALLAN方差 波长调制 煤热解
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燃煤锅炉高温腐蚀气体激光在线监测设备研究 被引量：1
2
作者 李龙 师帅 +5 位作者 宫廷 田亚莉 郭古青 邱选兵 熊小鹤 李传亮 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1060-1067,共8页
燃煤锅炉燃烧场的经济性、安全性和环保性对于智慧电厂建设具有重要意义。H2S和CO是燃煤锅炉燃烧场的两种主要高温腐蚀气体,它们不仅腐蚀锅炉近壁面,尾气对大气环境的危害也极其严重。基于近红外可调谐半导体激光吸收光谱技术,结合波长... 燃煤锅炉燃烧场的经济性、安全性和环保性对于智慧电厂建设具有重要意义。H2S和CO是燃煤锅炉燃烧场的两种主要高温腐蚀气体,它们不仅腐蚀锅炉近壁面,尾气对大气环境的危害也极其严重。基于近红外可调谐半导体激光吸收光谱技术,结合波长调制光谱技术和频分复用技术,研制了一款无人值守的燃煤锅炉主燃区的H_(2)S和CO气体浓度实时在线监测设备。仿真模拟了6335~6341 cm^(-1)范围内的气体吸收光谱,并选定1.5μm附近的近红外激光器作为激光光源。研制了一套耐高温耐腐蚀的Herriott型多光程池,使激光与气体相互作用的有效光程达15 m;开发了硬件电路及相应的固件程序,实现了H2S和CO吸收光谱信号的二次解调与浓度反演。线性度和Allan方差实验表明,其线性拟合相关系数分别为0.9998和0.9995,在73 s和53 s的积分时间下,H_(2)S和CO的最低检测极限分别为0.2×10^(-6) mol/mol和0.344×10^(-6) mol/mol。最后,将研制的设备在某300 MW电负荷的四角切圆燃煤锅炉主燃区燃烧气氛场进行应用示范,对水冷壁附近的H2S和CO进行同步测量。结果表明,锅炉中H2S和CO的浓度呈正相关,厌氧燃烧会导致两种气体的含量增加,造成对水冷壁的腐蚀。 展开更多
关键词 锅炉水冷壁腐蚀 波长调制光谱 频分复用 高温多光程吸收池 长期在线监测
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光声光谱二氧化碳传感的种子活力检测 被引量：1
3
作者 郭振宇 樊亚杉 +5 位作者 翟保杰 谢睿隽 尚智金 田亚莉 邱选兵 李传亮 《光学精密工程》 北大核心 2025年第3期367-376,共10页
为研究种子呼吸过程中二氧化碳(CO_(2))含量变化与种子活力之间的关系,设计了一款基于差分亥姆霍兹光声池的CO_(2)光声传感系统,并通过测量不同种子活力的南粳水稻种子的CO_(2)产生速率,对系统进行了性能测试评估。自主设计了基于现场... 为研究种子呼吸过程中二氧化碳(CO_(2))含量变化与种子活力之间的关系,设计了一款基于差分亥姆霍兹光声池的CO_(2)光声传感系统,并通过测量不同种子活力的南粳水稻种子的CO_(2)产生速率,对系统进行了性能测试评估。自主设计了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)开发板的信号处理模块,实现了激光驱动电流的精准调控以及光声信号的解调,通过优化调制频率、激光调制深度和工作压力等系统参数,传感系统在1089 s的积分时间内获得了0.6×10^(-6)的最低检测极限。根据国标GB/T 3543.1,选用30 g南粳水稻种子进行了发芽实验,并与光声传感实验测得的CO_(2)演化浓度进行了线性拟合。结果表明,南粳水稻种子呼吸速率与种子活力成正比,二者的相关度达到0.979,为使用光声光谱技术测定水稻种子活力水平提供了参考依据。 展开更多
关键词 光声光谱技术 种子活力检测 亥姆霍兹光声池 二氧化碳
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基于热重-激光光谱技术的聚丙烯腈热解中氰化氢演化规律研究
4
作者 韩金廷 孟星星 +6 位作者 王庚乾 孙小聪 田亚莉 和小虎 邱选兵 李传亮 王远洋 《燃料化学学报(中英文)》 北大核心 2025年第7期1112-1122,共11页
搭建了一种基于热重-可调谐半导体激光吸收光谱技术的聚丙烯腈(PAN)热解氰化氢(HCN)气体在线检测系统。利用HCN在波长1531.156 nm处吸收强度较高且此波段背景气中常见气体干扰较小的特点,通过解调吸收信号的二次谐波得到HCN含量。采用... 搭建了一种基于热重-可调谐半导体激光吸收光谱技术的聚丙烯腈(PAN)热解氰化氢(HCN)气体在线检测系统。利用HCN在波长1531.156 nm处吸收强度较高且此波段背景气中常见气体干扰较小的特点,通过解调吸收信号的二次谐波得到HCN含量。采用高精度流量控制器,利用99.99%标准氮气通过稀释配比得到20×10^(-6)-100×10^(-6)mol/mol的五个标准气体,对二次解调信号进行了线性拟合,其相关系数为0.9986。分析了四种不同相对分子质量的PAN和三种升温速率对热解的影响,并研究了样品失重率与HCN释放量的关系,探索PAN的非等温热解动力学。通过划分热解温度阶段,建立了三阶段热解动力学模型,并分别计算了不同相对分子质量在不同升温速率下的活化能和频率因子。结果表明,相对分子质量越高,黏度越高,其HCN释放量越小;第一和第三阶段的HCN释放量和PAN失重率均大于第二阶段,为进一步研究PAN热解中HCN的生成机理提供了一定实验基础。 展开更多
关键词 TG-TDLAS 聚丙烯腈 热解 HCN 波长调制
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基于STM32的腔衰荡光谱CO_(2)传感器及其在种子呼吸过程的应用
5
作者 李浩凯 翟保杰 +4 位作者 王孟圆 周月婷 郭古青 邱选兵 李传亮 《光学精密工程》 北大核心 2025年第12期1853-1863,共11页
分析种子呼吸过程对于准确评估其活力水平具有重要意义,因此,开发一种快速、稳定且高灵敏的种子呼吸检测装置十分重要。本文基于STM32与腔衰荡光谱(CRDS)技术,设计并搭建了一种二氧化碳(CO_(2))气体传感器,并将其应用于种子呼吸检测。... 分析种子呼吸过程对于准确评估其活力水平具有重要意义,因此,开发一种快速、稳定且高灵敏的种子呼吸检测装置十分重要。本文基于STM32与腔衰荡光谱(CRDS)技术,设计并搭建了一种二氧化碳(CO_(2))气体传感器,并将其应用于种子呼吸检测。该传感器采用基于STM32的控制与数据采集方案,包含:高速比较器与RS触发器构成的阈值检测关断模块、高速模拟信号采集模块、STM32主控模块以及上位机数据处理系统。其中,阈值检测模块的关断延迟为0.45μs,而模拟信号采集模块的最大采样率则达31.25 MHz。通过实验验证,该传感器对CO_(2)的最低可检测浓度为1.5ppm,表现出了良好的灵敏度。最终,该传感器成功实现了对水稻种子呼吸过程的检测,并获得了10 g水稻种子呼吸的CO_(2)浓度随时间变化的曲线,其在2.5 h内浓度变化量约为730 ppm。该研究展示了CRDS技术在种子呼吸检领域中的潜力与应用价值。 展开更多
关键词 腔衰荡光谱技术 STM32 二氧化碳 种子呼吸
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纯聚丙烯腈在密闭空间中高温热解的分子动力学
6
作者 刘怡婷 王庚乾 +8 位作者 和小虎 邱选兵 田亚莉 郭古青 宫廷 孙小聪 周月婷 李传亮 李光跃 《高分子材料科学与工程》 北大核心 2025年第6期40-48,共9页
聚丙烯腈(PAN)是一种典型的高分子聚合物,在电化学、纤维工业等方面有广泛应用。当前对纯PAN高温热解的理论研究还不够充分,机理尚不明确。文中使用基于ReaxFF力场的分子动力学方法对该体系展开了研究。对聚合度为10和20的PAN体系进行... 聚丙烯腈(PAN)是一种典型的高分子聚合物,在电化学、纤维工业等方面有广泛应用。当前对纯PAN高温热解的理论研究还不够充分,机理尚不明确。文中使用基于ReaxFF力场的分子动力学方法对该体系展开了研究。对聚合度为10和20的PAN体系进行了恒温热解模拟,设定1800 K,2400 K,2800 K和3200 K这4种温度。计算发现,较低温度时以“环化与交联”反应为主,而较高温度时“脱氢”和“环化与交联”反应都很显著。另外,主要气体产物为H_(2),大部分碳原子通过交联反应生成少数的多碳分子,且几乎没有发生“脱氮”反应。结果表明,PAN的真空高温热解不利于纯碳结构的生成,但是可能有助于氮掺杂碳材料的研究。 展开更多
关键词 聚丙烯腈 高温热解 ReaxFF力场 分子动力学
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焦炉煤气多组分拉曼光谱的SPA-SVM定量分析方法
7
作者 谭雨翔 徐玮辰 +11 位作者 李俊楷 郭松杰 徐向君 宫廷 郭古青 孙小聪 王鑫浩 王泽育 胡建勇 张其生 邱选兵 李传亮 《光电工程》 北大核心 2025年第9期107-119,共13页
焦炉煤气多组分浓度测量对优化炼焦工艺,提升能源利用率,减少污染物排放,以及保障安全生产具有重要意义。为提高拉曼光谱对焦炉煤气多组分测量的准确度,基于特征提取和小样本建模的思想,提出一种连续投影与支持向量机算法(SPA-SVM)联用... 焦炉煤气多组分浓度测量对优化炼焦工艺,提升能源利用率,减少污染物排放,以及保障安全生产具有重要意义。为提高拉曼光谱对焦炉煤气多组分测量的准确度,基于特征提取和小样本建模的思想,提出一种连续投影与支持向量机算法(SPA-SVM)联用模型。首先,对比不同机器学习全光谱建模的预测精度,通过留一交叉验证法(LOOCV)确定SVM算法偏差(最小)。为进一步提高模型运行速度和精度,采用SPA算法筛选焦炉煤气的光谱数据特征点,利用特征数据建模并反演多组分浓度。结果表明,H_(2)、CO_(2)、CO、N_(2)和CH_(4)浓度预测值的决定系数R^(2)分别达到0.9918、0.9975、0.9985、0.9872和0.9958,5种组分的平均绝对百分比误差(MAPE)分别为1.2%、0.5%、0.6%、2.6%、0.8%,准确度优于全光谱建模。该研究对焦炉煤气多组分精准测量提供了方法参考。 展开更多
关键词 拉曼光谱 焦炉煤气 机器学习 连续投影与支持向量机计算法
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结合TG-TDLAS的煤热解反应毒性的评估
8
作者 孟星星 康文运 +6 位作者 王庚乾 李琳 田亚莉 郭古青 刘强 邱选兵 李传亮 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第2期333-342,共10页
为构建一套基于热重-可调谐半导体激光吸收光谱(TG-TDLAS)技术的煤热解HCN气体浓度检测系统,并结合波长调制技术进一步提高系统的稳定性和灵敏度,本文利用HCN在波长1531 nm处具有较高吸收强度且受烟气中常见气体干扰较小的特性,通过二... 为构建一套基于热重-可调谐半导体激光吸收光谱(TG-TDLAS)技术的煤热解HCN气体浓度检测系统,并结合波长调制技术进一步提高系统的稳定性和灵敏度,本文利用HCN在波长1531 nm处具有较高吸收强度且受烟气中常见气体干扰较小的特性,通过二次谐波信号处理获取HCN浓度信息。采用高精度的流量控制器,利用99%标准氮气稀释配比得到5×10^(−6)mol/mol到20×10^(−6)mol/mol的HCN,最后对测量数据进行校准。实验结果表明,HCN的线性相关系数R2为0.9978。基于该实验装置,深入探讨了不同煤种、升温速率和煤粒径大小对热解的影响,以及煤样失重率与HCN浓度释放量的关系。分析了3种不同煤化程度煤种的挥发分中HCN的释放特性和非等温热解动力学。通过划分热解温度阶段,建立了热解动力学模型,并计算不同煤种在不同升温速率下的活化能和频率因子。结果表明,HCN释放量与煤种煤化程度及含氮量密切相关,煤化程度越低,含氮量越高,其HCN释放量越多。在固定的热解终温下,升温速率的增加会导致HCN释放量的增多。随着煤样粒径的减小,热解反应释放HCN的时间会相对滞后,且HCN浓度有所减少。不同热解阶段HCN浓度释放量与煤样失重率之间存在不同的对应关系,热解反应越剧烈,HCN浓度释放量与煤样失重率的比重越大。本研究为进一步评估煤热解反应过程中HCN的毒性提供了重要的实验基础。 展开更多
关键词 TG-TDLAS 煤热解 波长调制 热解动力学
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基于腔衰荡的多谱线光谱分析
9
作者 原康杰 周月婷 +4 位作者 宫廷 闫翔 孙小聪 邱选兵 李传亮 《中国光学(中英文)》 2025年第6期1298-1306,共9页
激光吸收光谱技术因具有高灵敏度、快速响应和实时在线检测等优势,在大气环境监测、工业生产、医疗诊断等领域得到广泛应用。谱线混叠干扰是激光吸收光谱技术面临的主要问题之一,针对该问题,本文提出了一种基于腔衰荡光谱(CRDS)的多谱... 激光吸收光谱技术因具有高灵敏度、快速响应和实时在线检测等优势,在大气环境监测、工业生产、医疗诊断等领域得到广泛应用。谱线混叠干扰是激光吸收光谱技术面临的主要问题之一,针对该问题,本文提出了一种基于腔衰荡光谱(CRDS)的多谱线光谱分析方法,搭建了基于自主设计笼式结构的Fabry-Pérot腔的腔衰荡光谱(CRDS)气体检测系统,并选取乙炔(C_(2)H_(2))在6452 cm^(-1)至6453 cm^(-1)范围内的7条吸收谱线作为研究对象进行实验。实验结果表明,该系统能够精确测量并拟合C_(2)H_(2)的多谱线吸收光谱,最低检测极限为3.517×10^(-8)cm^(-1),对应C_(2)H_(2)气体的最小检测体积比为4.37×10^(-6)。此外,利用定标过的高精度真空计测量腔内压强,结合气体吸收光谱的压力展宽效应,精确计算了3条谱线的压强展宽系数,相对偏差均低于0.04。本研究为激光吸收光谱技术中的多谱线分析提供了一种新的方法,提高了测量准确性和适用性。 展开更多
关键词 腔衰荡光谱 多谱线光谱分析 痕量气体测量 压强展宽系数
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