Научно-технический
«ОПТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ»
издается с 1931 года
 
   
Русский вариант сайта Английский вариант сайта
   
       
   
       
Статьи последнего выпуска

Электронные версии
выпусков начиная с 2008


Алфавитный указатель
2000-2010 гг


444
Архив оглавлений
выпусков 2002-2007 гг


Реквизиты и адреса

Вниманию авторов и рецензентов!
- Порядок публикации
- Порядок рецензирования статей
- Типовой договор
- Правила оформления
- Получение авторского вознаграждения
- Редакционная этика


Контакты

Подписка

Карта сайта




Журнал с 01.12.2015 допущен ВАК для публикации основных результатов диссертаций как издание, входящее в международные реферативные базы систем цитирования (Web Science, Scopus) (см. Vak.ed.gov.ru Перечень журналов МБД 16.03.2018г)

Аннотации (11.2016) : ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА С ПОМОЩЬЮ ДИОДНОГО ЛАЗЕРА С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ, РАБОТАЮЩЕГО НА ДЛИНЕ ВОЛНЫ ПОГЛОЩЕНИЯ КИСЛОРОДА 760 НМ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА С ПОМОЩЬЮ ДИОДНОГО ЛАЗЕРА С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ, РАБОТАЮЩЕГО НА ДЛИНЕ ВОЛНЫ ПОГЛОЩЕНИЯ КИСЛОРОДА 760 НМ

 

© 2016 г.     Z.-R. Zhang; P.-S. Sun; H. Xia; Z. Li; T. Pang; B. Wu; X.-J. Cui; F.-Z. Dong

Предложено использование метода прямой абсорбционной спектроскопии для мониторинга температуры газа в трубчатой камере сгорания в области температур 300–900 K с интервалом 100 K. Метод измерения основан на существовании температурной зависимости поглощения на двух спектральных линиях. Сведения о температуре газа могут быть получены из данных об отношении интегральных спектральных областей поглощения кислородом излучения лазерного диода с распределенной обратной связью, излучающего в области 760 нм. В сравнении с термопарными методами этот подход позволяет обеспечить также временно€е разрешение. Результаты показывают, что точность измерений низких температур превышает таковую высоких. В дальнейшем предполагается повысить точность метода и продемонстрировать полезность лазерных абсобционных датчиков для одновременной активной диагностики и оптимизации процессов сгорания.

Ключевые слова: прямая абсорбционная спектроскопия, температура газа, поглощение пар спектральных линий, лазерный диод с распределенной обратной связью.

 

DETECTION OF GAS TEMPERATURE USING A DFB LASER AT O2 ABSORPTION WAVELENGTH 760 NM

© 2016   Z.-R. Zhang*, doctor of optics; P.-S. Sun*, graduate student; H. Xia*, doctor of optics; Z. Li*, graduate student; T. Pang*, graduate student; B. Wu*, doctor of optics; X.-J. Cui*, doctor of optics; F.-Z. Dong*,**, doctor of optics

*   Anhui Provincial Key Laboratory of Photonic Devices and Materials, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China

** School of Environment Science and Optoelectronic Technology, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China

Corresponding author: fzdong@aiofm.ac.cn

First author: zhangzr@aiofm.ac.cn

The direct absorption spectroscopy for gas temperature monitoring in a tube furnace are proposed over the temperature range 300–900 K with interval 100 K. This detecting technique is based on the relationship between two lines’ absorption strength and temperature. The gas temperature can be inferred from the ratio of integrated spectral area of the oxygen absorption features with a DFB diode laser near 760 nm. Compared with the thermocouple measured results, the direct absorption spectroscopy approach also provides a temporal resolution. The results show that the accuracy is better at low temperatures than at high temperatures. So in the future, we hope to improve the detection accuracy and demonstrate the utility of the diode laser absorption sensors operating for active combustion diagnostics and optimizations, simultaneously.

Keywords: direct absorption spectroscopy, gas temperature, line pair absorption, DFB laser.

OCIS codes: 280.4788, 300.6380, 300.1030

Submitted 28.08.2014

References

1.         Veale J.R., Wang L.G., Gallagher T.F. Remote sensing of O2 in a supersonic combustor using diode lasers and fiber optics // Proc. 4th AIAA Intern. Aerospace Planes Conf. Orlando, Florida, 1992. P. 50901–50908.

2.         Amato F.D., Mazzing H. P., Castagnoli F. Methane analyzer based on TDL’s for measurements in the lower stratosphere: Design and laboratory tests // Appl. Phys. B. 2002. V. 75. № 2. P. 195–202.

3.         Sauer G.C., Pisano T.J., Fitz R.D. Tunable diode laser absorption spectrometer measurements of ambient nitrogen dioxide, nitric acid, formaldehyde, and hydrogen peroxide in Parlier, California // Atmospheric Environment. 2003. V. 37. № 12. P. 1583–1591.

4.        Li F., Yu X.L., Cai W.W., Ma L. Uncertainty in velocity measurement based on diode-laser absorption in nonuniform flows // Appl. Opt. 2012. V. 51. № 20. P. 4788–4797.

5.         Lewander M., Guan Z.G., Persson L., Olsson A., Svanberg S. Food monitoring based on diode laser gas spectroscopy // Appl. Phys. B. 2008. V. 93. № 2–3. P. 619–625.

6.        Urszula T., Patrik L., Lorenzo C., Katarzyna D., Pietro R., Sune S., Petr D., Federico G.G. Gas in scattering media absorption spectroscopy detected persistent vacuum in apple tissue after vacuum impregnation // Food Biophysics. 2012. V. 7. № 1. P. 28–34.

7.         Roller C., Namjou K., Jeffers J. Simultaneous NO and CO2 measurement in human breath with a single IV–VI mid-infrared laser // Opt. Lett. 2002. V. 27. № 2. P. 107–109.

8.        Matthew R.M., Yury B., Gerard W., Rafal L., Frank K.T. Recent advances of laser-spectroscopy-based techniques for applications in breath analysis // J. Breath Res. 2007. V. 1. № 1. P. 014001–014012.

9.        Dong F.Z., Liu W.Q., Liu J.G., Tu X.H., Zhang Y.J., Qi F., Xie P.H., Lu Y.H., Wang S.M., Wang Y.P., Wei Q.N. On-line roadside vehicle emissions monitoring (Part I) // J. Test and Measurement Technol. 2005. V. 19. № 2. P. 110–120.

10.       Dong F.Z., Liu W.Q., Liu J.G., Tu X.H., Zhang Y.J., Qi F., Xie P.H., Lu Y.H., Wang S.M., Wang Y.P., Wei Q.N. On-line roadside vehicle emissions monitoring (Part II) // J. Test and Measurement Technol. 2005. V. 19. № 3. P. 237–244.

11.       John L.B., John D.B., Kevin M.L., Richard P.L., John T.P., Frederick J.T., David M.S., Krishnan R.P. Small, low-power consumption CO-sensor for post-fire cleanup aboard spacecraft // Proc. SPIE: Next-Generation Spectroscopic Technologies. May 12–15, 2011. V. 80320D. P. 1–12.

12.       Andrew D.S., Pat M., Eric H., Jim H., Mike E., Henrik H., Atilio J. Results of closed-loop coal-fired boiler operation using a TDLAS sensor and smart process control software combustion // Sci. and Technol. 2011. V. 183. № 11. P. 1282–1295.

13.       Rothman L.S., Gordon I.E., Barbe A., Benner D.C., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Brown L.R., Campargue A., Champion J.P., Chance K., Coudert L.H., Dana V., Devi V.M., Fally S., Flaud J.M., Gamache R.R., Goldman A., Jacquemart D., Kleiner I., Lacome N., Lafferty W.J., Mandin J.Y., Massie S.T., Mikhailenko S.N., Miller C.E., Moazzen A.N., Naumenko O.V., Nikitin A.V., Orphal J., Perevalov V.I., Perrin A., Predoi C.A., Rinsland C.P., Rotger M., Šimečková M., Smith M.A.H., Sung K., Tashkun S.A., Tennyson J., Toth R.A., Vandaele A.C., Vander A.J. The HITRAN 2008 molecular spectroscopic database // J. Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. 2009. V. 110. № 9–10. P. 533–572.

14.       Zhou X., Liu X., Jeffries J.B., Hanson R.K. Development of a sensor for temperature and water concentration in combustion gases using a single tunable diode laser // Meas. Sci. Technol. 2003. V. 14. № 8. P. 1459–1468.

15.       Zhou X., Jeffries J.B., Hanson R.K. Development of a fast temperature sensor for combustion gases using a single tunable diode laser // Appl. Phys. B. 2005. V. 81. № 5. P. 711–722.

16.       Nagali V., Hanson R.K. Design of a diode-laser sensor to monitor water vapor in high-pressure combustion gases // Appl. Opt. 1997. V. 36. № 36. P. 9518–9527.

17.       Cooper D.E., Warren R.E. Frequency modulation spectroscopy with lead-salt diode lasers: A comparison of single-tone and two-tone techniques // Appl. Opt. 1987. V. 26. № 17. P. 3726–3732.

 

 

Полный текст