基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的气体浓度场检测技术研究

摘要

在线检测燃煤锅炉炉内燃烧空间的燃烧产物气体浓度场，是优化锅炉燃烧的重要技术支撑，将有助于大幅提高燃烧效率和减少污染物排放。可调谐激光吸收光谱技术(TDLAS)是一种光谱测量技术，具有非接触式测量、高灵敏度、快速实时等优点，可以实现对气体浓度、温度等参数的测量。本文研究将TDLAS技术应用于炉内气体浓度分布场的检测，为燃烧控制提供可靠参数，具有重要的理论及应用价值。
　　本文的主要工作是:一、基于TDLAS测量技术和层析成像重建技术，设计了模拟试验炉膛的气体浓度及其二维分布场测量系统，包括硬件系统、光路布置方案、软件设计等。二、搭建了单光路气体浓度试验台并进行了试验气体浓度的试验。三、自主研制了一种光电检测器组件，并用单光路试验台进行了光电检测器的性能测试，达到了良好的效果。四、针对炉膛空间大，光路有限成像效果差的问题，结合代数迭代场量重建算法，进行了平行光路布置和扇形光路布置的对比研究，提出了四角扇形布置的光路优化布置方案。五、基于LabVIEW编程环境，在浓度场测量系统的在浓度测量算法和二维分布重建优化光路布置算法的基础上，对浓度场测量软件系统进行了开发设计。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 气体浓度检测的主要方法

1．2．2 TDLAS用于气体浓度场检测的研究现状

1．3 本文的主要研究内容

第2章 TDLAS气体浓度场检测理论基础

2．1 TDLAS测量原理

2．1．1 近红外吸收光谱

2．1．2 TDLAS测量的基本原理

2．1．3 特征谱线强度

2．1．4 线型函数

2．1．5 TDLAS测量气体浓度

2．2 二维浓度分布场重建算法

2．2．1 代数迭代算法的数学模型

2．2．2 代数迭代算法的数学实现

3．1 总体设计

3．1．1 硬件系统

3．1．2 光路的布置

3．1．3 软件系统

3．2 浓度场测量的关键问题

第4章 光电检测器的开发及浓度测量实验

4．1 检测电路设计

4．1．1 光电传感器

4．1．2 前置放大电路设计

4．2 浓度测量实验

4．2．1 气体吸收谱线的选择

4．2．3 气体吸收池的设计

4．2．3 实验系统的组建

4．2．4 浓度测量实验

4．3 光电检测器性能测试

4．4 TDLAS浓度测量算法验证

第5章 光路的设计与仿真研究

5．1 数值仿真计算模型

5．2 平行束投影重建

5．2．1 投影数目

5．2．2 投影噪声

5．2．3 投影角度

5．2．4 场量模型

5．3 扇形束投影重建

5．3．1 投影数目

5．3．2 投影噪声

5．3．3 投影角度

5．3．4 场量模型

5．4 优化设计方案

第6章 浓度场测量系统软件的开发设计

6．1 开发语言

6．2 程序架构

6．3．1 系统前面板设计

6．3．2 系统后面板(程序面板)设计

6．4 软件的浓度场重建结果

7．1 总结与结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢