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基于可调谐半导体激光吸收光谱的H_(2)O分子光谱参数测量研究

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光谱学与光谱分析 2021年第4期41卷 1072-1078页

作者：屈东胜洪延姬朱晓辉航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

气体分子吸收谱线的光谱参数是影响吸收光谱测量精度的重要因素,分子光谱数据库中收录的光谱参数大都具有较大的不确定度,用以测量气体温度等参数时会产生较大的测量误差。为了获得可用于燃烧场诊断的H_(2)O谱线的光谱参数,采用时分复... 详细信息

气体分子吸收谱线的光谱参数是影响吸收光谱测量精度的重要因素,分子光谱数据库中收录的光谱参数大都具有较大的不确定度,用以测量气体温度等参数时会产生较大的测量误差。为了获得可用于燃烧场诊断的H_(2)O谱线的光谱参数,采用时分复用技术,在温度、压强和H_(2)O组分浓度可控的环境中对1.4μm附近的吸收光谱开展了研究。对7185.60和7454.45 cm^(-1)两条H_(2)O谱线的线强度、展宽系数及其温度指数等光谱参数进行测量,实验结果表明,两条谱线的线强度测量值与数据库中的值偏差分别小于2.61%和4.65%,不确定度都小于4%。

关键词：光谱参数光谱数据库线强度时分复用

基于波长调制光谱技术的气体温度和组分浓度场二维重建测量方法研究

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中国激光 2018年第1期45卷 275-284页

作者：屈东胜洪延姬王广宇辛明原航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

提出了基于波长调制光谱(WMS)方法实现非均匀燃烧场气体温度和H_2O组分浓度场二维重建的测量方法。利用实验测得的2f/1f信号,通过数值仿真与迭代实现了激光穿过非均匀燃烧场后积分吸光度的测量,进而利用重建算法实现了燃烧场的二维分布... 详细信息

提出了基于波长调制光谱(WMS)方法实现非均匀燃烧场气体温度和H_2O组分浓度场二维重建的测量方法。利用实验测得的2f/1f信号,通过数值仿真与迭代实现了激光穿过非均匀燃烧场后积分吸光度的测量,进而利用重建算法实现了燃烧场的二维分布测量。选用H_2O的两组谱线对针对单高斯分布和阶跃分布模型开展了数值仿真研究,并采用频分复用方法在平面燃烧火焰中开展了实验研究。结果表明:基于WMS方法的二维重建测量精度较高,在单高斯分布模型中,7185.60cm^(-1)和7454.45cm^(-1)谱线对的温度和H_2O浓度的重建误差分别小于2%和2.5%;在对温度敏感的区间内,所选谱线对的重建误差较小,在对温度不敏感的区间内,重建误差较大;火焰中心区域的重建结果与预测值一致,温度重建误差小于3.2%,在温度阶跃变化的边缘区域,重建效果较差,原因在于WMS方法和代数迭代算法对温度阶跃变化流场不敏感。

关键词：光谱学波长调制光谱燃烧场二维分布积分吸光度

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基于激光吸收光谱技术的超声速气流测量研究

推进技术 2014年第6期35卷 852-857页

作者：屈东胜洪延姬王广宇潘虎装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

为研究可调谐半导体激光吸收光谱测量技术在工业环境中的应用,采用波长调制光谱测量方法,对超燃直连式试验台隔离段内的超声速气流进行了测量研究。通过对7185.60cm-1和7454.45cm-12条H2O吸收谱线的频率标定和多普勒频移测量,实现了高... 详细信息

为研究可调谐半导体激光吸收光谱测量技术在工业环境中的应用,采用波长调制光谱测量方法,对超燃直连式试验台隔离段内的超声速气流进行了测量研究。通过对7185.60cm-1和7454.45cm-12条H2O吸收谱线的频率标定和多普勒频移测量,实现了高速气流速度的实时在线测量,测量值相对于预测值的偏差在3%以内。基于2条H2O吸收谱线的光谱参数和激光调制参数,建立了基于实验环境的仿真数据库。采用频分复用方法,通过迭代求解了隔离段内的温度和组分浓度,其结果相对于预测值的偏差分别在4%和12%以内。该方法不仅能够实现不同谱线的同步实时测量,而且验证了在恶劣环境下的应用效果。

关键词：波长调制光谱速度测量温度测量组分浓度测量频分复用

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基于光谱拟合的燃烧场气体参数测量方法研究

光学学报 2017年第12期37卷 341-348页

作者：屈东胜洪延姬王广宇王明东航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

基于波长调制光谱(WMS)理论,提出一种利用光谱拟合实现燃烧场气体参数测量的方法;通过拟合谱线的谐波信号实现谱线积分吸光度、多普勒线宽和碰撞线宽的测量,进而实现燃烧场内气体温度、压强和水蒸气浓度的测量;通过数值仿真研究了积分... 详细信息

基于波长调制光谱(WMS)理论,提出一种利用光谱拟合实现燃烧场气体参数测量的方法;通过拟合谱线的谐波信号实现谱线积分吸光度、多普勒线宽和碰撞线宽的测量,进而实现燃烧场内气体温度、压强和水蒸气浓度的测量;通过数值仿真研究了积分吸光度和碰撞线宽对谐波信号的影响,并在样品池中进行实验研究。结果表明:谐波信号光谱对积分吸光度的灵敏度约为1,而对碰撞线宽的灵敏度则随碰撞线宽增大而先增大后基本不变;光谱拟合测量方法具有较高的测量精度,气体温度、压强、水蒸气物质的量分数的测量值与预测值的最大相对偏差分别小于4%、6%、5.5%。

关键词：光谱学气体参数测量光谱拟合波长调制光谱积分吸光度燃烧场

基于波长调制光谱的非均匀流场气体参数二维分布测量

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推进技术 2017年第6期38卷 1395-1401页

作者：屈东胜洪延姬王广宇辛明原装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

基于波长调制光谱方法,研究了一种实现非均匀燃烧场气体参数二维分布测量的新方法。气体参数的二维分布是通过测量激光穿过非均匀流场区域的积分吸光度并结合重建算法进行反演实现。研究了基于波长调制光谱,通过拟合谐波信号实现积分吸... 详细信息

基于波长调制光谱方法,研究了一种实现非均匀燃烧场气体参数二维分布测量的新方法。气体参数的二维分布是通过测量激光穿过非均匀流场区域的积分吸光度并结合重建算法进行反演实现。研究了基于波长调制光谱,通过拟合谐波信号实现积分吸光度测量的方法。利用所选的7185.60cm^(-1)和7454.45cm^(-1)两条H_2O谱线,通过建立离散模型和设计光线布局,基于波长调制光谱方法和代数迭代重建算法实现了非均匀流场区域内温度场和H_2O组分浓度场的二维分布测量。重建结果表明:基于波长调制光谱的二维重建方法具有较高的重建精度,与预测值相比,温度和H_2O组分浓度的重建误差分别小于1.69%和3.05%。

关键词：波长调制光谱燃烧场二维分布测量积分吸光度

利用波长调制光谱技术测量高温环境中的气体压强、温度和H_2O组分浓度

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光谱学与光谱分析 2017年第5期37卷 1339-1344页

作者：屈东胜洪延姬王广宇潘虎王明东装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

利用基于可调谐半导体激光器的扫描波长调制光谱技术,实现了高温燃烧场内气体参数的测量。提出了基于迭代算法实现气体压强、温度和组分浓度同时测量的方法,迭代算法具有收敛速度快以及对初始值不敏感等优点。采用频分复用技术,利用两条... 详细信息

利用基于可调谐半导体激光器的扫描波长调制光谱技术,实现了高温燃烧场内气体参数的测量。提出了基于迭代算法实现气体压强、温度和组分浓度同时测量的方法,迭代算法具有收敛速度快以及对初始值不敏感等优点。采用频分复用技术,利用两条H_2O吸收谱线(7 454.45和6 806.03cm-1)的谐波信号,对高温燃烧场进行了实验研究,并将气体压强、温度和H_2O组分浓度测量结果与压力传感器、热电偶和直接吸收光谱法的测量结果进行比较,结果表明,基于波长调制光谱技术测得的气体压强、温度和H_2O浓度与预测值基本符合,最大偏差分别在7.6%,8.1%和7.5%以内。此方法具有多参数同时测量、免标定等显著优势,但由于依赖的参数较多,容易对测量精度造成影响。

关键词：波长调制光谱燃烧场免标定测量迭代算法

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基于波长调制光谱的多参数测量方法研究

红外与毫米波学报 2016年第4期35卷 470-476页

作者：屈东胜洪延姬王广宇王明东潘虎装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

基于扫描波长调制光谱技术,开发了一种同时测量气体压强、温度和组分浓度等多个参数的传感器.详细分析了利用谱线的4f_(peak)/2f_(peak)和2f/1f信号测量气体参数的迭代算法以及传感器的设计方案.采用频分复用方案,利用7 429.72 cm^(-1)... 详细信息

基于扫描波长调制光谱技术,开发了一种同时测量气体压强、温度和组分浓度等多个参数的传感器.详细分析了利用谱线的4f_(peak)/2f_(peak)和2f/1f信号测量气体参数的迭代算法以及传感器的设计方案.采用频分复用方案,利用7 429.72 cm^(-1)和7 454.45 cm^(-1)两条H_2O谱线对温度分布在300~1 200 K范围内的静态气室进行了实验研究.实验结果表明迭代算法具有收敛速度快和测量精度高等优点,温度、压强和H_2O组分浓度的测量值与预测值基本符合,与预测值的最大相对偏差分别在4%、6%和6%以内.

关键词：波长调制光谱传感器迭代算法气体参数

基于激光吸收光谱技术的非均匀流场气体参数测量研究

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光谱学与光谱分析 2017年第7期37卷 2004-2009页

作者：屈东胜洪延姬王广宇王明东潘虎装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

为了探索激光吸收光谱技术在非均匀流场中的应用,提出了一种新的实现非均匀流场中气体参数定量测量的方法。预知被测流场中的温度变化范围后,选择在该温度范围内具有近似线性变化特性的谱线,线性拟合该温度范围内的谱线强度,结合实验测... 详细信息

为了探索激光吸收光谱技术在非均匀流场中的应用,提出了一种新的实现非均匀流场中气体参数定量测量的方法。预知被测流场中的温度变化范围后,选择在该温度范围内具有近似线性变化特性的谱线,线性拟合该温度范围内的谱线强度,结合实验测量的吸收光谱便可以实现非均匀流场中H_2O组分权重的温度积分平均值和H_2O组分积分平均值的定量测量。两温度分布和高斯温度分布模型的仿真研究证明了该方法的有效性和可靠性。两温度分布模型中的测量结果与理论值的偏差分别小于0.82%和1.10%,而高斯温度分布模型中不同光线中的测量值与理论值的最大偏差分别小于0.9%和3.6%。

关键词：激光吸收光谱非均匀流场气体参数定量测量

基于扫描波长调制光谱的气体质量流量测量方法研究

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中国激光 2016年第9期43卷 145-154页

作者：屈东胜洪延姬王广宇王明东潘虎装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

基于扫描波长调制光谱方法实现了超声速气流的温度、H2O组分浓度、压强、速度以及质量流量的测量。利用两条H2O吸收谱线的谐波信号,研究了均匀流场中超声速气流多参数同时测量的方法。基于波长调制光谱技术的测量结果能准确反映均匀流... 详细信息

基于扫描波长调制光谱方法实现了超声速气流的温度、H2O组分浓度、压强、速度以及质量流量的测量。利用两条H2O吸收谱线的谐波信号,研究了均匀流场中超声速气流多参数同时测量的方法。基于波长调制光谱技术的测量结果能准确反映均匀流场中的气体参数,然而实际流场往往具有边界层。针对具有边界层的近似均匀流场,数值仿真研究了谱线选择和边界层厚度对流场中心流测量结果的影响。仿真结果表明,随着边界层厚度不断增大,测量结果误差逐渐增大,选择对边界层温度不灵敏的吸收谱线能够有效降低边界层的影响。对超燃直连台隔离段内的超声速气流进行实验研究,结果表明基于波长调制光谱的测量方法在强噪声和强振动的环境中具有较高的测量精度。温度、H2O组分浓度、压强、速度以及质量流量测量值与预测值的最大相对偏差分别在8.2%、7.2%、2.0%、3.1%和6.4%以内。

关键词：测量质量流量测量波长调制光谱方法超声速气流