首页 > 论文 > 光学学报 > 37卷 > 8期(pp:801002--1)

高温窑炉气体红外辐射被动遥测

Infrared Radiation Passive Remote Detection of Gas in High Temperature Kiln

  • 摘要
  • 论文信息
  • 参考文献
  • 被引情况
  • PDF全文
分享:

摘要

基于傅里叶变换红外光谱技术对高温窑炉内气体红外辐射信号进行了遥测研究。根据工业现场条件, 利用大气辐射原理建立被动辐射模型, 计算了炉膛内高温气体透射率。针对湍流噪声对信噪比的影响, 研究了红外干涉信号光谱转换的数据处理方法, 以零光程差为基准对齐干涉信号, 以实现多次扫描干涉信号的平均, 减小了噪声和计算量, 并提高了光谱数据率。利用HITRAN数据库和高温参考谱模型法, 对谱线线强、线宽修正合成的校准光谱与透射谱进行非线性最小二乘拟合, 反演了炉膛内不同吸收波段的高温气体浓度。结果表明该技术在窑炉内及其他工业燃烧过程中对高温气体的在线检测是可行、可靠的。

Abstract

The remote detection of gas infrared radiation signal in high temperature kiln is carried out based on Fourier transform infrared spectrometry technique. According to industrial site conditions, a passive radiation model is built based on the principle of atmospheric radiation, and the high temperature gas transmittance in the cement-kiln is calculated. Aiming at the influence of turbulence noise on the signal to noise ratio, a data processing method for spectrum inversion of infrared interference signal is studied, and the average signal of multiple scanning interference signal is obtained when we align the interference signal on the basis of zero optical path difference. The noise and the amount of computation are reduced, and the spectral data rate is improved. Based on the HITRAN database and the high temperature reference spectrum model, the nonlinear least square fitting method is used for the spectrum line strength and corrected and transmission spectra obtained by line width correction, and the concentration of high temperature gas in cement-kiln in different absorption bands is inverted. The results show that the proposed method for on-line monitoring of high temperature gas in the cement-kiln and other industrial combustion processes is feasible and reliable.

投稿润色
补充资料

中图分类号:P247.1

DOI:10.3788/aos201737.0801002

所属栏目:大气与海洋光学

基金项目:国家自然科学基金(41375027)

收稿日期:2017-03-06

修改稿日期:2017-03-29

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

高乾坤:中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026安徽省环境光学监测技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
刘文清:中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031安徽省环境光学监测技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
张玉钧:中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031安徽省环境光学监测技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
高闽光:中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031安徽省环境光学监测技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
李相贤:中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031安徽省环境光学监测技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
童晶晶:中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031安徽省环境光学监测技术重点实验室, 安徽 合肥 230031

联系人作者:高乾坤(94362018@qq.com)

备注:高乾坤(1985-), 男, 博士, 工程师, 主要从事被动遥测方面的研究。

【1】Gao Q K, Liu W Q, Zhang Y J, et al. Remote detection of carbon monoxide by FTIR for simulating field detection in industrial process[C]. SPIE, 2016, 10156: 101561G.

【2】Fang jing, Liu Wenqing, Zhang Tianshu. A line-by-line trace gas absorption model and its application in FTIR gas detection[J]. Infrared, 2007, 28(8): 27-32.
方 静, 刘文清, 张天舒. 逐线积分气体吸收模型及其在FTIR气体检测中的应用[J]. 红外, 2007, 28(8): 27-32.

【3】Gao M G, Liu W Q, Zhang T S, et al. Passive remote sensing of VOC in atmosphere by FTIR spectrometry[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2005, 25(7): 1042-1044.

【4】Richard G L. Understanding digital signal processing[M]. 3rd ed. Upper Saddle River: Prentice Hall, 2010: 424-426.

【5】Rothman L S, Jacquemart D, Barbe A. The HITRAN 2004 molecular spectroscopic database[J]. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2005, 96(2): 139-204.

【6】Zhang Hua, Shi Guangyu. A fast and efficient line-by-line calculation method for atmospheric absorption[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences, 2000, 24(1): 581-593.
张 华, 石广玉. 一种快速高效的逐线积分大气吸收计算方法[J]. 大气科学, 2000, 24(1): 581-593.

【7】Cheng Siyang, Zhang Tianshu, Gao Minguang. Concentration inversion of high temperature air from FTIR spectra and analyzing residual error structure[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2011, 31(1): 82-85.
程巳阳, 张天舒, 高闽光. FTIR光谱高温气体浓度反演方法及残差结构分析[J]. 光谱学与光谱分析, 2011, 31(1): 82-85.

【8】Lin Jieli, Huang Yiqing, Lu Hong. Determination of relative error of pressure-broadening linewidth for the experimentally indistinguishable overlapped spectral lines with Voigt profile[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2005, 25(1): 128-132.
林洁丽, 黄义清, 路 洪. 实验不可分辨的Voigt线型重叠谱线的压致展宽线宽的偏差确定[J]. 光谱学与光谱分析, 2005, 25(1): 128-132.

引用该论文

Gao Qiankun,Liu Wenqing,Zhang Yujun,Gao Minguang,Li Xiangxian,Tong Jingjing. Infrared Radiation Passive Remote Detection of Gas in High Temperature Kiln[J]. Acta Optica Sinica, 2017, 37(8): 0801002

高乾坤,刘文清,张玉钧,高闽光,李相贤,童晶晶. 高温窑炉气体红外辐射被动遥测[J]. 光学学报, 2017, 37(8): 0801002

您的浏览器不支持PDF插件,请使用最新的(Chrome/Fire Fox等)浏览器.或者您还可以点击此处下载该论文PDF