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文檔簡介
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),實現(xiàn)燃燒參數(shù)的測量與監(jiān)測對于理解燃燒過程、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)對氣體溫度及濃度的測量,具有響應(yīng)時間快、精度高、系統(tǒng)簡單以及易于實現(xiàn)實時在線監(jiān)測等優(yōu)勢。同時TDLAS的測量方式屬于非接觸式,對惡劣條件下的氣體參數(shù)的檢測具有非常好的適應(yīng)
2、性。近年來半導(dǎo)體激光器制造技術(shù)迅速發(fā)展,激光器在性能越來越穩(wěn)定的同時價格更加便宜,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量方法,本文中采用掃描直接吸收光譜技術(shù)實現(xiàn)燃燒爐內(nèi)溫度的測量,采用波長調(diào)制光譜技
3、術(shù)實現(xiàn)O2濃度的測量。
本文的工作可分為三部分:①首次提出采用CORDIC算法實現(xiàn)光譜吸光度的提取,并在FPGA上設(shè)計和實現(xiàn)基于CORDIC算法的光譜吸光度在線提取算法;②在實驗室TDLAS系統(tǒng)平臺上完成H2O目標(biāo)譜線對的溫度標(biāo)定以及實時溫度測量驗證,并在電站鍋爐上實現(xiàn)鍋爐爐膛溫度的現(xiàn)場測量;③選擇合適的O2濃度測量吸收譜線,搭建氧氣濃度測量實驗系統(tǒng),在所搭建的系統(tǒng)平臺上初步實現(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、度測量。
本文首次將CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)旋轉(zhuǎn)算法應(yīng)用到TDLAS測量系統(tǒng)中,完成光譜吸光度實時提取算法的研究及其在FPGA上的設(shè)計與實現(xiàn)。光譜吸光度的提取是實現(xiàn)TDLAS檢測的基礎(chǔ),CORDIC算法由簡單的加減和移位操作構(gòu)成,易于在硬件上實現(xiàn),而且還可實現(xiàn)許多不易在硬件上實現(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時求取的問題。通過實驗結(jié)果的驗證表明所設(shè)計的算法能夠正確實現(xiàn)光譜吸光度的提取且具有較高的計算精度,同時滿足TDLAS系統(tǒng)快速在線監(jiān)測的實時性要求。在已有的TDLAS實驗硬件平臺上利用所選的H2O目標(biāo)譜線對完成溫度標(biāo)定實驗,并利用所設(shè)計的吸光度實時提取算法實現(xiàn)溫度的快速在線測量,實驗結(jié)果驗證了所設(shè)計的TDLAS測溫系統(tǒng)的正確性、實時性和可重復(fù)性。根據(jù)電站鍋爐燃燒的現(xiàn)場情況對TDLAS系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,實現(xiàn)現(xiàn)場電
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