基于固定点波长调制光谱技术的气体浓度测量方法.docx

在现代科学技术的发展中，气体浓度的精确测量对于环境监测、工业生产、安全生产等多个领域都至关重要。在众多测量技术中，可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术因其高灵敏度、高选择性以及非接触性测量的特点而备受关注。基于固定点波长调制光谱技术的气体浓度测量方法，是TDLAS技术的一个重要分支，它通过精确控制激光器的中心波长在一个固定的频率上进行调制，来实现对特定气体吸收谱线的高效探测，尤其适用于连续和实时的气体浓度监测。 然而，该技术的一个主要问题在于激光器发射中心波长的漂移。由于温度变化、机械应力、老化等因素的影响，激光器的发射波长可能会随时间推移或环境条件的改变而发生变化，这种波长的变化会导致测量结果出现显著误差，进而影响到气体浓度测量的准确性。为了克服这一技术难题，本研究提出了一种新的气体浓度测量方法。 该方法的核心在于引入一个带有封闭气池的参考光路。这个封闭气池内含已知浓度的参考气体，其吸收峰可作为标准参照，与待测气体的吸收谱线进行对比，从而准确评估激光器波数偏移量。通过谐波分析，测量系统能够准确识别出由于波数漂移所造成的谐波高度变化，从而计算出激光器波数的偏移量。通过这种比较，可以对由于波数漂移引起的测量误差进行校正，确保测量结果的准确性。 进一步地，为实现精确测量，文章中介绍了一种循环迭代算法。该算法通过迭代计算，持续优化激光器的波数偏移值，直到寻找到一个最接近实际气体浓度的状态。迭代过程中，算法会依据谐波高度的变化，不断调整和优化波数偏移量，通过这种连续的反馈机制，提高了测量结果的精度。通过这种精确的波数偏移校正，配合循环迭代算法，可以有效地减小由激光器波数漂移造成的测量误差。 在实验验证部分，研究者构建了一个基于固定点波长调制光谱技术的测量系统，并通过控制激光器工作温度来模拟波长漂移。研究者选择了CH4分子在特定吸收谱线附近的波长区域进行测试。实验结果表明，在引入了新方法后，气体浓度测量的最大相对误差得到了显著降低，从未经校正的90.510%降低到了5.204%。特别地，对于那些低于70.000%的误差，修正后的测量误差都能被控制在2.000%以内，这充分验证了该方法的高准确性和有效性。 综合来看，通过精确计算波数偏移和应用循环迭代算法，该研究提出的固定点波长调制光谱技术的改进方案显著提升了气体浓度测量的精度。这项技术的提升对于实时、高精度的气体监测具有深远的意义，尤其是在燃煤锅炉、航空发动机燃烧室等复杂环境下，对气体的快速场反演和连续监测提供了有力的技术支持。未来，随着这项技术的进一步优化和应用领域的扩展，预期将在工业安全、环保监控以及科学研究等多个方面发挥出更大的作用。