1 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150000
2 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150000
船舶运输作为大宗货物的重要流通手段, 为我国经济社会发展做出了巨大贡献, 但与此同时船用柴油机带来了严重的污染排放问题。 在全球排放限制日益严峻的背景下, 实现对其排放参数的实时监测, 对环境保护、 节能减排、 优化柴油机控制策略与燃烧性能等都具有重要意义。 近年来可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术因其精度高、 响应快等优点逐渐受到青睐, 该技术的广泛应用对其的研究提出了更高要求, 因此利用数学软件对其进行仿真模拟, 对测试系统的开发、 参数调整都具有一定价值。 结合目前的船舶排放检测问题, 以其中最具代表性的污染物NO为目标气体, 利用软件制作了气体浓度测量仿真模型。 检测系统仿真模型主要由光源调制、 线型函数拟合、 模拟气体吸收、 线强函数S(T)拟合、 锁相放大器等各部分组成。 采用波长调制的方法对浓度测量过程进行仿真, 将高频正弦波和低频锯齿波相叠加用以调谐激光, 激光经过气室进行模拟吸收后, 信号经过锁相放大器调解得到各阶谐波信号。 将二次谐波比一次谐波的峰值点作为信号, 采用最小二乘法进行浓度-信号幅值曲线拟合并以此进行浓度反演和误差计算, 反演误差在2.5%以内。 分析了温度、 压力等环境因素对信号幅值的影响并绘制了谐波图线, 通过引入参考气室来消除环境波动对结果造成的影响, 在环境变动时不需要重新拟合浓度-峰值曲线, 可直接得到结果。 尝试了不同的正弦波频率和调制系数等参数, 分析了调制参数对信号幅值的影响, 选取了较为合适的参数范围。 为柴油机在线排放测试系统的构建和参数选择提供了一定参考。
可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS) 谐波检测 NO浓度测定 仿真建模 Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) Harmonic detection NO concentration determination Simulation modeling 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3262
燕山大学电气工程学院, 河北省测试计量技术及仪器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
研究了山梨酸钾在水溶液和橙汁中的荧光特性, 结果表明在两种溶液中山梨酸钾的荧光特性虽然有很大的区别, 但是它们的荧光特征峰都存在于λex/λem=375/490 nm。 从二维荧光光谱可以看出, 橙汁中山梨酸钾的浓度和相对荧光强度关系错综复杂, 两者不再满足线性关系。 为了准确测定橙汁中山梨酸钾的浓度, 提出了一种微粒群(PSO)算法优化的误差逆向传播(BP)神经网络的新方法。 两组预测浓度的相对误差分别为1.83%和1.53%, 预测结果表明该方法具有可行性。 在浓度范围为0.1~2.0 g·L-1内, PSO-BP神经网络能够完成橙汁中梨酸钾浓度的准确测定。
荧光光谱 山梨酸钾 PSO-BP神经网络 浓度测定 Fluorescence spectra Potassium sorbate PSO-BP neural network Concentration determination Orange juice 光谱学与光谱分析
2015, 35(12): 3549
为了进一步探索用激光拉曼光谱测定乙醇水溶液中乙醇浓度的方法，研究了室温下C-H伸缩振动频移与溶液浓度的关系。室温下，在Renishaw 1000型激光拉曼光谱仪上测得了不同浓度乙醇水溶液在500~4 000 cm-1的拉曼光谱，发现溶液位于2 800~3 050 cm-1的3个C-H伸缩振动特征峰的峰值位置相对纯乙醇对应峰位的偏移量大致与乙醇浓度呈线性相关。对各峰峰值位置随浓度变化发生偏移的实验数据进行一元线性回归，然后利用回归结果进一步进行二元线性回归，得到乙醇浓度与C-H伸缩振动频率变化量的回归模型。实验结果表明，C-H对称伸缩振动峰(位于2 882 cm-1附近)对应的回归方程决定系数为0.962 2，-CH3非对称伸缩振动峰(位于2 977 cm-1附近)对应的回归方程决定系数为0.965 0，此二峰的频移量均与浓度呈现出较高的线性相关度，据此建立的二元回归方程决定系数达到0.98，可以用于常温下乙醇浓度的测定。实验研究表明，用激光拉曼光谱中乙醇分子的C-H伸缩振动频移测定室温下乙醇水溶液的浓度是可行的。
激光拉曼光谱 乙醇 浓度测度 C-H伸缩振动 laser Raman spectrum ethanol concentration determination C-H stretching vibration
根据近红外光谱吸收原理提出了测量CO气体浓度的测量装置，引入普通通信光纤进行光信号传输，降低了光路设计中的技术难度。介绍了该装置的工作原理，基本结构及主要技术指标，着重讨论了技术特色及相应优势。与中远红外光谱吸收相比，该装置大大降低了器件成本。
光纤传感器 一氧化碳 浓度测量 光谱吸收
