[发明专利]一种化石燃料燃烧温度与气体浓度测量方法

说明书

本发明涉及一种化石燃料燃烧温度与气体浓度测量方法，基于准固定波长，能够实现μs量级上的温度及CO、CO₂气体浓度的同时空检测方法，其中，本发明可以达到μs量级的时间分辨测量，并且，针对CO₂和CO浓度的探测灵敏度可达到ppb水平，对温度的测量准确度优于±1％。

技术领域

本发明涉及一种化石燃料燃烧温度与气体浓度测量方法，属于化石燃料燃烧气体检测技术领域。

背景技术

对于化石燃料的燃烧而言，燃料利用率和燃烧效率常被同时用作其评价指标，简单起见，燃料利用率可以通过燃烧温度体现，燃烧效率目前一般常用燃烧气体中CO₂含量与CO₂含量和CO含量之和间的比值表示；作为一种重要的温室气体及化石燃料燃烧的主要产物，CO₂的排放被严格控制，同时CO₂在化石燃料燃烧过程中的气化反应对燃烧速率有重要影响；因此，燃烧场中温度及CO₂和CO组分浓度在相同时空维度上的时间演变信息对于燃烧充分性的判定具有重要意义，同时也是认识及建立高热效率的燃烧机理及概念模型、进而设计高效燃烧室的前提。

传统的热电偶测温属于接触式测量，不但会对待测流场产生干扰，易被测量环境中高温高压高流速的气体毁坏，而且测温范围有限，缺乏足够的空间和时间分辨率。调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)用于燃烧流场的温度测量时不会干扰待测流场，具有高灵敏度、高的谱分辨率、快速的响应时间、大的动态测量范围、多参量同时测量等优点，受到了越来越多的关注。但已有的基于TDLAS技术的燃烧诊断研究大多是对温度或者单一碳氧化合物分子进行测量，仅有的部分多参数研究也是在不同时间或者空间上进行测量，且未见有对上述参数μs量级时间演变规律的研究，因此对于燃烧效率的判定及复杂瞬变环境下燃烧模型的建立帮助有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种化石燃料燃烧温度与气体浓度测量方法，基于准固定波长，能够实现μs量级上的温度及CO、CO₂气体浓度的同时空检测方法。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种化石燃料燃烧温度与气体浓度测量方法，包括如下步骤：

步骤A.采用激光器测量技术，获得不同温度、气压环境下，CO和CO₂分别所对应谱线的最佳次数谐波信号；

步骤B.根据不同温度、气压环境下，CO₂所对应谱线的谱线参数、最佳次数谐波信号，以及步骤A中的激光器特性参数，基于目标化石燃料的理论燃烧温度范围和理论燃烧压力范围，建立CO₂温度反演模型；

步骤C.首先采用双激光器分别接收由高频正弦波和低频正弦波相叠加的叠加信号进行工作，分别产生激光束，并经光纤耦合器针对两激光束进行耦合，然后将耦合后的激光束穿过内置正在燃烧目标化石燃料的开放式积分腔后，由光电探测器接收，并经锁相放大器进行解调，获得目标化石燃料燃烧所对应的1条CO对应的谱线、以及2条CO₂对应的谱线；其中，各激光器分别所对应叠加信号中低频正弦波的频率彼此相同；

步骤D.针对所获目标化石燃料燃烧对应的1条CO对应的谱线、以及2条CO₂对应的谱线进行解调，获得1条CO谱线的最佳次谐波信号，以及2条CO₂谱线分别对应的最佳次谐波信号；

步骤E.针对2条CO₂谱线分别对应的最佳次谐波信号，分别去除其中的背景信号，获得2条CO₂谱线分别所对应的吸收相关信号；

步骤F.测量、并根据开放式积分腔内的气压，将2条CO₂谱线分别所对应吸收相关信号的幅值比与CO₂温度反演模型进行对比，获得开放式积分腔内气体的温度；