基于TDLAS的非均勻流場溫度分布的測量

摘 要： 基于可調諧半導體激光吸收光譜（TDLAS）溫度測量技術，使用多條譜線能夠實現非均勻流場的氣體溫度分布的測量，主要有剖面擬合和溫度離散兩種方法。對剖面擬合方法進行理論分析和仿真，并且假設電爐上方0.5 cm處的溫度分布為二次函數ax2+bx+c，采用剖面擬合方法進行測量，與熱電偶測量的溫度進行對比，溫度最大波動為49 K。

關鍵詞： 可調諧半導體激光吸收光譜； 溫度測量； 剖面擬合； 溫度離散； 非均勻流場

中圖分類號： TN911?34； O433.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）12?0021?04

隨著我國航空航天、石油化工、生產制藥等行業的迅速發展，溫度的實時在線測量對其生產和研究過程的優化控制尤為重要。對于溫度測量，目前常用的是熱電偶等測量設備，雖然成本較低，但只能實現單點測量，且存在反應時間慢，對溫度場有一定影響等缺點，因此，快速、靈敏有效的非接觸式溫度檢測手段的需求非常迫切?？烧{諧半導體激光吸收光譜（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）技術主要是利用半導體激光器的波長調諧特性，獲得被測氣體特征光譜范圍內的吸收光譜，實現對被測氣體的定性或定量分析[1?2]。

基于TDLAS的溫度測量技術是一種新型的非接觸式測量技術，與熱電偶等接觸式測溫方法相比，具有響應快、可靠性高、不會對被測環境造成擾動等突出優點，在工業過程監測控制、發動機流場診斷、燃燒過程分析、爆炸檢測等領域得到了廣泛的應用[3?7]。

使用傳統的TDLAS方法測量溫度時，通常假設流場近似均勻，但在實際的流場區域內，由于流場邊界層效應、流動混合及化學反應等，可能會存在溫度或濃度梯度，非均勻流場區域的溫度分布測量需要使用多條譜線進行測量，國內外很多研究者進行過相關研究[8?11]。……