基于TDLAS检测技术的甲烷体积分数场重建研究

张　旭，曹树亚，郭腾霄，董力强，杨　柳，原　博，丁学全

(中国人民解放军军事科学院 防化研究院 国民核生化灾害防护国家重点实验室， 北京 102205)

引　言

采用光学方法进行气体体积分数检测具有速度快、精度高、非接触等优点[1-2]。基于这些优点，目前可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy，TDLAS)检测技术在发动机尾焰燃烧诊断[3-6]、痕量气体体积分数检测[7]、有毒有害气体遥测[8]等方面已经开展了大量研究和应用。有毒有害气体的来源通常是化工厂、化工仓库事故过程中形成的有毒有害气体云团。云团内部的有毒有害气体体积分数分布是确定救援方案的重要参考，TDLAS检测技术和计算机断层重建(computed tomography，CT)技术结合为气体体积分数分布远程确定提供了一个研究方向。

目前在气体检测领域，TDLAS检测一般采用波长调制或二次谐波进行检测。利用可调谐二极管输出波长在一定范围内可调的特点，能够同时分析多种污染物质，包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、氨气等有毒有害气体。浙江大学JIANG等人[9]对基于TDLAS技术的望远镜收发系统的设计原理进行了研究，通过测量吸收池内甲烷标准气进行标定，并在单光程40m的遥测距离下验证了该系统的良好时间响应性。美国克莱蒙森大学MA等人在2008年提出了高光谱断层重建(hyper-spectral tomography, HT) 技术[10]，采用法布里-珀罗型光纤滤波激光器(fiber Fabry-Perot tunable filter laser,FFP-TFL)，布置6条瞄准线(line of sight,LOS)测量路径并选择合适的吸收峰位测量了平面火焰炉的温度分布和H2O体积分数场，测量结果与相干反斯托克斯-喇曼光谱(coherent anti-Stokes Raman spectrum,CARS)的测量结果吻合良好。……