1 东北石油大学 土木建筑工程学院，黑龙江 大庆 163318
2 东北石油大学 电子科学学院，黑龙江 大庆 163318
3 中国石油四川石化有限责任公司，四川 成都 611930
基于激光吸收光谱技术的气体检测手段具有非接触，分辨率高，灵敏度高等优势，然而激光在线检测气体过程易受温度变化导致其浓度测量偏差增大。以氨气为研究对象，探究了温度对氨气吸收谱线线强的影响规律及影响机制，搭建了非常温条件（298 K至323 K）氨气激光检测实验平台，提出了气体吸光度-温度关联式法对浓度反演结果进行修正处理。结果表明：浓度一定时，总配分函数比值rQ是氨气分析吸收线强随温度升高过程中的主导控制因素，总配分函数比值与温度的负相关关系造成氨气光谱吸光度随温度升高而降低；修正前浓度反演值随着温度升高而降低，温度达到323 K时，浓度反演值为3.13%，与标准浓度值相比其误差高达37.4%，经过修正后的浓度反演值与标准浓度值的相对误差在0.2%～1.4%范围内。
激光检测 吸收光谱 线强 温度 修正 laser detection absorption spectrum line strength temperature correction
1 东北石油大学 电子科学学院, 黑龙江 大庆 163318
2 东北石油大学 土木建筑工程学院, 黑龙江 大庆 163318
为实现多元热流体组分含量激光在线检测, 根据多次反射吸收光谱原理提出了长光程开放光路反射阵列光学池, 研究了不同光斑直径下光束发散角和对准误差对多元热流体检测系统接收效率的影响, 并且针对高温注汽管道内壁产生的杂散辐射提出一种新型消杂光结构。研究结果表明: 反射镜镀膜为银膜, 光学窗口材料为熔融石英, 多次反射结构的最佳反射次数为40次, 有效吸收光程为220 cm; 对于不同光斑直径的检测光束, 发散角与对准误差的增大对系统接收效率的衰减趋势和衰减幅度基本一致; 离轴角为5°时, 系统点源透射比(PST)为121×10-7。最后通过高温管道内壁热辐射抑制实验验证了杂光抑制结构的有效性。
光学设计 多元热流体 激光检测 吸收光程 杂光抑制 optical design multiple thermal fluids laser detection absorption path-length stray lights suppression
1 东北石油大学 电子科学学院, 黑龙江 大庆 163318
2 东北石油大学 土木建筑工程学院, 黑龙江 大庆 163318
为减小调制噪声背景的干扰, 提出了直接吸收光谱激光检测气体浓度反演的三级卷积降噪信号处理方法.以谱线6 612.939 cm-1附近氨气分子吸收为例, 分析了该降噪方法对氨气浓度反演的有效性.实验结果表明, 经三级卷积降噪后的氨气原始吸收谱线信号整体均方根误差由初始8.53降至1.01, 基线扣除归一化得到的氨气光谱吸收率谱线信噪比提高3.3倍; 连续5次测量浓度5%标准氨气, 反演浓度值平均偏差为0.0743%, 相对标准偏差为1.4%, 优于原始吸收谱线信号的小波降噪和不降噪处理反演值.采用三级卷积降噪方法预处理原始吸收谱线信号, 提高了气体浓度反演精度, 可为工业过程高浓度气体激光在线检测提供参考.
激光检测 吸收光谱 调制噪声 降噪 光谱预处理 Laser detection Absorption spectroscopy Modulation noise Denoising Spectral preprocessing
1 东北石油大学 土木建筑工程学院，黑龙江 大庆 163318
2 东北石油大学 电子科学学院，黑龙江 大庆 163318
3 杭州市特种设备检测研究院，浙江 杭州 310000
注多元热流体组分含量的在线检测对调控稠油采收率有重要影响。阐述了多元热流体原位检测的长光程光路设计，研究了光束发散角对检测系统接收效率的影响，定量分析了注气管道高温内壁的杂散辐射强度，利用蒙特卡洛光线追迹法验证了离轴接收系统杂光抑制结构的有效性。结果表明，反射镜镀膜为银膜，光学窗口材料为熔融石英，多次反射结构的最佳反射次数为42次，有效吸收光程为220 cm；系统接收效率随发射光束发散角增大而减小，当发散角控制在1.8 mrad内，光学接收效率大于40%；在杂光入射离轴角为5°时，系统PST仅为5.66×10-8，当离轴角大于10°时，PST维持在10-14数量级以下，可有效抑制高温注气内壁对系统信号接收的干扰。
多元热流体 光路设计 多次反射 杂散辐射抑制 multiple thermal fluids optical path design multiple reflections stray radiation suppression PST PST
1 东北石油大学，黑龙江 大庆 163318
2 大庆石化公司信息技术中心，黑龙江 大庆 163318
发射率是影响管道表面散热损失一个重要物理量，其测量过程受环境影响较大，其中，太阳辐射是影响发射率测量结果的一个重要因素。本文从红外热像仪测温原理着手，根据表面辐射传输原理给出了管道表面发射率与辐射能量之间的关系，修正了测量管道表面发射率的方法，通过实验研究了太阳辐射对管道表面发射率测量的影响。结果表明太阳辐射对管道表面发射率测量影响较大，其测量偏差超过25%。
管道表面 发射率 红外热像仪 太阳辐射 pipeline surface emissivity infrared thermal imager solar radiation
