一种基于波形分解的路径平均温度测量系统与方法技术方案

本发明专利技术提出一种基于波形分解的路径平均温度测量系统与方法，测量系统包括信号发生器、可调谐二极管激光器、激光控制器、准直镜、光电探测器、标准具、数据采集卡和计算机等。本发明专利技术通过以下步骤获得路径平均温度：激光器输出波长周期变化的激光，分别通过吸收气体和标准具进入探测器，从探测器信号中处理得到激光吸收光谱；对得到的激光吸收谱进行拟合，得到吸收谱参数：温度、压力和吸收气体浓度；利用拟合得到的参数计算独立吸收谱的吸收率；计算独立吸收谱峰值的积分吸收面积，进而求出路径平均温度。该方法能求出吸收谱线交叠情况下气体的路径平均温度，提高了激光吸收谱测温技术的准确性和适应性，具有广泛的应用前景。

A path average temperature measurement system and method based on waveform decomposition

The invention provides a path average temperature measurement system and method based on waveform decomposition. The measurement system includes a signal generator, a tunable diode laser, a laser controller, a collimator, a photoelectric detector, a standard instrument, a data acquisition card and a computer, etc. The method obtains the path average temperature by following steps: the laser output wavelength periodically changes, enters the detector by absorbing gas and standard gauge, and processes the laser absorption spectrum from the detector signal; fits the obtained laser absorption spectrum, and obtains the absorption spectrum parameters: temperature, pressure and absorption. Gas concentration; absorptivity of independent absorption spectrum is calculated by fitting parameters; integral absorption area of peak value of independent absorption spectrum is calculated, and average temperature of outlet path is calculated. This method can calculate the average temperature of gas path when absorption lines overlap, improve the accuracy and adaptability of laser absorption spectrum temperature measurement technology, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种基于波形分解的路径平均温度测量系统与方法
本专利技术涉及一种基于波形分解的路径平均温度测量系统与方法，属于可调谐二极管激光吸收光谱技术(Tunablediodelaserabsorptionspectroscopy,TDLAS)领域。在测量高压气体温度时，将得到的交叠吸收光谱分解成独立吸收谱峰值，利用分解结果计算气体路径平均温度。
技术介绍
燃烧气体温度测量一直是一个重要的研究方向，基于激光吸收光谱测量技术的气体温度测量方法得益于其高速、适应性强和测量精确的特点而成为备受关注的研究重点，吸收光谱的获取是这一技术的核心内容。直接吸收法能够直接获取特定波段的吸收光谱，是TDLAS技术最为常用的技术方法。2011年LiS.等人发表在《测量科学与技术》(MeasurementScience&Technology)22卷12期，第201-311页的论文《利用2.9微米附近激光吸收测定低压火焰水分子温度的传感器》(H2Otemperaturesensorforlow-pressureflamesusingtunablediodelaserabsorptionnear2.9μm)描述了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于波形分解的路径平均温度测量系统与方法，该系统包括可调谐二极管激光器、激光控制器、光纤分束器、准直镜、光电探测器、标准具、数据采集卡和计算机等；激光控制器控制可调谐激光器输出波长随时间变化的激光，激光经光纤分束器分为两路：一路经准直镜变换为空间光，经过待测气体之后进入光电探测器，另一路经过标准具后进入探测器B；在计算机中将探测器B获得的波长随时间的变化曲线与探测器A所获得的吸收光强比对得到激光吸收光谱，并利用交叠谱线分解方法获取独立谱线，从而测得吸收路径上的平均温度。

【技术特征摘要】
1.一种基于波形分解的路径平均温度测量系统与方法，该系统包括可调谐二极管激光器、激光控制器、光纤分束器、准直镜、光电探测器、标准具、数据采集卡和计算机等；激光控制器控制可调谐激光器输出波长随时间变化的激光，激光经光纤分束器分为两路：一路经准直镜变换为空间光，经过待测气体之后进入光电探测器，另一路经过标准具后进入探测器B；在计算机中将探测器B获得的波长随时间的变化曲线与探测器A所获得的吸收光强比对得到激光吸收光谱，并利用交叠谱线分解方法获取独立谱线，从而测得吸收路径上的平均温度。2.按照权利要求1所述的一种基于波形分解的路径平均温度测量系统与方法，其特征在于测量方法包括以下步骤：步骤一、获取激光吸收光谱；控制可调谐激光器在一定的频率范围内扫描，用光电探测器获得经过吸收气体的激光信号；结合从标准具中获得的信号计算吸收谱，即经过气体的透射光强与入射光强之比的负对数，如公式(1)所示式中I(ν)，I0(ν)与α(ν)分别表示激光频率为ν时的透射光强，入射光强与吸收率；步骤二、对得到的激光吸收谱进行拟合，求出温度、压力以及吸收分子的浓度作为谱线参数；吸收气体的温度、压力以及吸收分子的浓度确定了吸收谱的形状，可以表示为三维空间中的点(T,P,χ)，其中T为气体温度，P为气体总压，χ为气体浓度；每一个点对应特定频率范围内的吸收谱强度，可以用(2)可以算出Si(T)表示第i条吸收谱线的吸收强度，是温度的函数，可由公式(3)求出其中h为普朗克常数，c为光速，T0为参考温度，一般取296K，k为玻尔兹曼常数，E”为吸收跃迁的低能级能量，ν0为吸收谱线所在的波长，T为气体温度，Q(T)是...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐立军，曹章，郭宇东，张宏宇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11