基于TDLAS技術(shù)的燃燒溫度與O2濃度測(cè)量研究.pdf

1、燃燒是當(dāng)今世界上使用最為廣泛的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)燃燒參數(shù)的測(cè)量與監(jiān)測(cè)對(duì)于理解燃燒過(guò)程、改進(jìn)燃燒效率以及減少大氣污染物的排放有重要的意義?；诳烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS，Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)對(duì)氣體溫度及濃度的測(cè)量，具有響應(yīng)時(shí)間快、精度高、系統(tǒng)簡(jiǎn)單以及易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)TDLAS的測(cè)量方式屬于非接觸式，對(duì)惡劣條件下的氣體參數(shù)的檢測(cè)具有非常好的適應(yīng)

2、性。近年來(lái)半導(dǎo)體激光器制造技術(shù)迅速發(fā)展，激光器在性能越來(lái)越穩(wěn)定的同時(shí)價(jià)格更加便宜，因此TDLAS技術(shù)有著廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。
　　掃描直接吸收光譜技術(shù)(DAS，Direct Absorption Spectroscopy)和波長(zhǎng)調(diào)制光譜技術(shù)(WMS，Wavelength Modulation Spectroscopy)是TDLAS技術(shù)中較為常用的兩種測(cè)量方法，本文中采用掃描直接吸收光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)燃燒爐內(nèi)溫度的測(cè)量，采用波長(zhǎng)調(diào)制光譜技

3、術(shù)實(shí)現(xiàn)O2濃度的測(cè)量。
　　本文的工作可分為三部分:①首次提出采用CORDIC算法實(shí)現(xiàn)光譜吸光度的提取，并在FPGA上設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)基于CORDIC算法的光譜吸光度在線提取算法;②在實(shí)驗(yàn)室TDLAS系統(tǒng)平臺(tái)上完成H2O目標(biāo)譜線對(duì)的溫度標(biāo)定以及實(shí)時(shí)溫度測(cè)量驗(yàn)證，并在電站鍋爐上實(shí)現(xiàn)鍋爐爐膛溫度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量;③選擇合適的O2濃度測(cè)量吸收譜線，搭建氧氣濃度測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在所搭建的系統(tǒng)平臺(tái)上初步實(shí)現(xiàn)基于WMS法的高溫環(huán)境下的氧氣濃度標(biāo)定以及氧氣濃

4、度測(cè)量。
　　本文首次將CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)旋轉(zhuǎn)算法應(yīng)用到TDLAS測(cè)量系統(tǒng)中，完成光譜吸光度實(shí)時(shí)提取算法的研究及其在FPGA上的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。光譜吸光度的提取是實(shí)現(xiàn)TDLAS檢測(cè)的基礎(chǔ)，CORDIC算法由簡(jiǎn)單的加減和移位操作構(gòu)成，易于在硬件上實(shí)現(xiàn)，而且還可實(shí)現(xiàn)許多不易在硬件上實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜運(yùn)算，本文將CORDIC算法應(yīng)用到光譜吸光度在線提取算法中，解決了吸光度提取算法

5、中的最小二乘擬合的求解與吸光度實(shí)時(shí)求取的問(wèn)題。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證表明所設(shè)計(jì)的算法能夠正確實(shí)現(xiàn)光譜吸光度的提取且具有較高的計(jì)算精度，同時(shí)滿足TDLAS系統(tǒng)快速在線監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性要求。在已有的TDLAS實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)上利用所選的H2O目標(biāo)譜線對(duì)完成溫度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，并利用所設(shè)計(jì)的吸光度實(shí)時(shí)提取算法實(shí)現(xiàn)溫度的快速在線測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的TDLAS測(cè)溫系統(tǒng)的正確性、實(shí)時(shí)性和可重復(fù)性。根據(jù)電站鍋爐燃燒的現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)TDLAS系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)電