[发明专利]一种基于温度敏感因子的TDLAS测温吸收谱线选择方法

说明书

本发明为解决现有TDLAS双线测温应用中谱线选择方法适用性不强、谱线选择过程较为复杂等技术问题，提供了一种基于温度敏感因子的TDLAS测温吸收谱线选择方法，用于指导谱线对的选择，利用该方法可以较为方便快捷地选出适用不同应用场景的测温谱线对。本发明提供的吸收谱线选择方法，通过对吸收谱线强度和温度敏感因子的比较，即可实现测温谱线对的选择，方法简单有效，适用范围广，可用于不同工况条件下、不同气体分子的吸收谱线选择。

技术领域

本发明属于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术领域，具体涉及一种基于温度敏感因子的TDLAS测温吸收谱线选择方法。

背景技术

DLAS技术在非接触式温度测量中有着广泛的应用。TDLAS测温一般使用双线测温法，即通过两条吸收谱线的吸收面积之比来实现对温度参数的反演。为了保证足够的测量精度，在使用前，需根据待测环境的温度情况选择合适的吸收谱线对，一般要求所选的吸收谱线具有较高的吸收强度，且两条谱线的下能级差约为所测温度的1.4倍。

刘国耀等(刘国耀,沈德明,陈俊杰,赖小明,芮正新,卢荣军.TDLAS燃烧气体温度测量吸收谱线对的选择.激光应用技术,2015,45(9):1034-1039.)提出了6条TDLAS测温谱线对的选择原则，并根据HITEMP数据库在1547.7nm附近选择了两条水的吸收谱线用于高温气体温度测量。徐立军等(徐立军,曲前伟,曹章.一种用于激光吸收光谱层析成像的谱线选择方法.中国发明专利,申请号201811024043.8.)提出了通过计算标准化谱线强度函数、求解组合优化问题来获取最优谱线组合的方法。X.Zhou等(X.Zhou,J.B.Jefferies,R.K.Hanson.Development of a fast temperature sensor for combustion gasesusing a single tunable diode laser.Appl.Phys.B,2005,81:711-722.)针对1.25～1.65μm光谱范围内单只DFB的测量情况，提出了5条吸收谱线对的选择原则，并给出了12对可选的吸收谱线。

上述方法都是针对具体应用场景给出的谱线选择方法，谱线选择过程较为复杂，且部分谱线选择条件无法量化，给实际应用带来了一定的不便。

发明内容

本发明为解决现有TDLAS双线测温应用中谱线选择方法适用性不强、谱线选择过程较为复杂等技术问题，提供了一种基于温度敏感因子的TDLAS测温吸收谱线选择方法，用于指导谱线对的选择，利用该方法可以较为方便快捷地选出适用不同应用场景的测温谱线对。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于温度敏感因子的TDLAS测温吸收谱线选择方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1)、初步估算待测环境的温度T、压强P与待测气体分子的摩尔分数X，利用光谱数据库，计算待测环境下气体分子的吸收光谱a(T)，并选出吸收光谱a(T)峰值处的吸收谱线集A[a(T)]；

步骤2)、根据估算的待测环境的温度T、压强P与待测气体分子的摩尔分数X，利用光谱数据库，计算待测环境下气体分子各吸收谱线的温度敏感因子F(T)，并选出温度敏感因子F(T)峰值处的吸收谱线集P[F(T)]、谷值处的吸收谱线集V[F(T)]；

步骤3)、选择吸收峰值处的吸收谱线集A[a(T)]与温度敏感因子峰值处的吸收谱线集P[F(T)]的交集作为高温谱线库H(T)，选择吸收峰值处的吸收谱线集A[a(T)]与温度敏感因子谷值处的吸收谱线集V[F(T)]的交集作为低温谱线库C(T)；

步骤4)、在高温谱线库H(T)和低温谱线库C(T)中各选择一条吸收谱线组成高低温吸收谱线对，即可实现对待测环境温度的高灵敏度测量。

进一步地，步骤1)中，选择吸收光谱a(T)峰值处的吸收谱线集A[a(T)]时，设置吸收强度阈值，选择吸收强度高于该阈值的吸收谱线；