基于TDLAS直接吸收法的气体压力测量技术研究

张博涵,杨军,魏伟,谢兴娟,张大治,姜延欢

(1.航空工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095;2.空军装备部驻北京地区第四军事代表室,北京100043)

0 引言

气体压力是计量测试领域中最重要的测量参数之一,通常由传统的压力传感器进行定点测量,但受环境和空间的影响很大[1]。本文考虑利用可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)[2]技术进行气体压力检测,此方法能够以控制温度和电流的方式来改变激光器输出的波长,调谐后的激光经过待测气室,可以扫描出一条完整的气体吸收谱线,进而从吸收谱线中获得气体的温度、压力、浓度等信息[3]。目前基于TDLAS技术进行气体检测的相关研究中,多是对痕量气体的检测工作,其中,齐汝宾[3]、李宁[4]、周茉[5]、禹迎春[6]等人进行了TDLAS技术气体浓度测量方面的研究;而此技术在气体压力测量方面的应用较少,陈祥[7]等人进行了TDLAS技术气体负压测量方面的研究,但现在还没有对气体中压测量方面的研究成果,所以若能够探究出吸收光谱技术在气体中压测量中的问题以及实现方法,对未来的光谱测量领域是很有意义的。

为了实现气体中压的光谱测量,文章从吸收光谱原理出发,以CO2作为研究对象,建立了基于积分吸光度的压力测量模型,利用MATLAB软件的Simulink可视化仿真模块对CO2在近红外波段处的吸收谱线进行仿真,并搭建了实验系统,进行常温环境下的气体中压测量实验,最后将仿真结果与美国光谱数据模拟工具SpectraPlot[8]的结果进行对比和分析;同时依靠仿真流程将实验测量得到的气体吸收谱线结果进行压力反演,得到气体压力结果,并进行了误差分析。……