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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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快讯：线对选择对红外吸收光谱火焰层析成像的影响
摘要： 我们通过数值与实验方法研究了吸收谱线选择对高温火焰层析结果的影响。采用不同组合的红外H2O吸收跃迁谱线，结合Tikhonov正则化Abel反演技术重建平面火焰中温度与H2O浓度的径向分布。研究表明：除正则化等数学算法外，选择具有较大ΔE″（>1390 cm–1）的谱线对也能降低300-2000K范围内的重建不确定性。本研究中，在相同噪声水平下合理选择吸收谱线对可使重建不确定性降低25%。推荐使用4029.524 cm–1和4030.729 cm–1的H2O跃迁谱线对进行1000-3000K高温火焰层析，而300-1000K范围可采用7185.597 cm–1和7444.352 cm–1的谱线对。
关键词： 可调谐二极管激光吸收光谱法（TDLAS）、断层扫描、高温火焰、谱线选择
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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基于近红外可调谐二极管激光吸收光谱法测定人体呼出气中二氧化碳
摘要： 通过可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）结合垂直腔面发射激光器（VCSEL）和有效光程20米的多通池，实现了对呼出气中二氧化碳（CO2）的精确监测光谱检测系统。该VCSEL二极管以0.8 mW输出功率发光，通过驱动电流调谐覆盖了CO2在6330.82 cm?1处的强吸收谱线。实验获得0.769%的CO2最低检测浓度，在168秒积分时间内实现了约100 ppm的测量精度。针对健康受试者呼气曲线进行了实时在线测量，发现死腔气和肺泡气体中存在不同浓度值。随着体力活动增强，呼出CO2显著增加，在呼吸代偿开始时达到峰值后直至最大运动量前略有下降。该测量系统在检测与CO2潴留相关的肺部疾病方面具有重要的实际应用潜力。
关键词： 二氧化碳、人体健康监测、可调谐二极管激光吸收光谱、二氧化碳、垂直腔面发射激光器、呼出气体、TDLAS、垂直腔面发射激光器
更新于2025-09-16 10:30:52
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快报：采用1335-1375纳米宽扫描激光的计算机断层扫描可调谐二极管激光吸收光谱技术（CT-TDLAS）实现高温高压燃烧室二维温度测量
摘要： 可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术是一种具有非接触、高精度、高灵敏度等特点的温度与组分浓度测量方法。由于吸收谱线压力展宽、光学可及性等因素，实际燃烧器中二维温度测量的难题尚未解决。本研究将计算机断层扫描（CT）与波长范围1335-1375nm的宽扫描激光TDLAS技术相结合，应用于300-2000K高温、0.1-2.5MPa高压条件下的燃烧器二维温度测量。采用1335-1375nm宽波长范围扫描的外腔式激光二极管评估高温高压效应导致的H2O吸收谱线展宽，修订了300-2000K高温、0.1-5.0MPa高压条件下的光谱数据库以提高温度定量分析精度。通过不同案例评估CT重建精度，结果显示CT重建温度分布与假设分布具有一致性。利用修订后的光谱数据库，CT-TDLAS技术成功测得了高温高压燃烧器中温度的空间与时间分布。
关键词： 高温高压场，可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS），计算机断层扫描（CT），二维，二维温度测量，燃烧，CT，可调谐二极管激光吸收光谱
更新于2025-09-12 10:27:22
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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
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采用CT-TDLAS技术测量半导体工艺腔室中甲烷浓度分布
摘要： 我们采用计算断层扫描-可调谐二极管激光光谱技术（CT-TDLAS）测量了半导体工艺腔室内的甲烷（CH4）浓度分布。我们设计了一套具有32条激光路径的CT-TDLAS测量系统，通过扫描1653.7纳米甲烷吸收峰附近的激光波长，采集32组吸收光谱数据，基于此实现了甲烷浓度分布的CT-TDLAS测量。我们验证了测量的线性度、算法的有效性以及计算断层扫描（CT）重建分布的分辨率。在算法验证环节，我们测量了五重同心圆柱体产生的简单浓度分布。随后，我们设计了一个安装32条激光路径的半导体工艺腔室。通过将计算流体动力学模拟结果与CT重建分布进行定量比对评估后，实际测量了当10%甲烷从四个进气口之一通入、氮气从其余三个进气口通入时腔室内的甲烷浓度分布。尽管所有进气口呈循环对称分布，但测量结果显示浓度分布明显随甲烷进气位置不同而变化。这些结果表明基座上四个排气孔的流动阻抗因其位置差异而各不相同。
关键词： 计算机断层扫描、半导体工艺腔室、CT - TDLAS、甲烷浓度分布、可调谐二极管激光光谱技术
更新于2025-09-11 14:15:04