本文采用可调谐二极管激光吸收光谱法 (TDLAS)的波长调制技术, 实现气体温度的测量。考虑到 H2O在大气中、工业生产中普遍存在, 我们选用了 H2O作为测量气体温度的载体, 利用 H2O在 1 397 nm附近谱线对, 通过分析二次谐波信号的峰-峰比值与不同温度的关系, 获得温度测量值, 并通过数值拟合, 分析了在 400～1 100℃温度范围内系统测量的温度误差 (<0.113%)。结合现场结构, 该设备能够用于工业生成过程中的温度监测, 设备性能远优于目前使用的仪器, 能够为燃烧锅炉等生产设备提供准确的温度监控数据。

氧气浓度是工业生产过程中重要监测参数, 采用可调谐二极管激光吸收光谱法(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS), 结合波长调制技术, 可以实现对现场氧气浓度的高精度在线监测, 利用氧气位于760 nm处的特征吸收峰进行了氧气浓度的测量。 由于激光具有很强的相干性, 所以TDLAS技术的检测灵敏度受到光学干涉噪声的严重制约, 特别在低浓度时, 光学干涉引起的基线起伏使得提取吸收峰波形信号时出现较大误差, 影响了TDLAS分析仪的监测灵敏度。 针对这一情况, 采用了Levenberg-Marquardt非线性拟合算法, 并且利用了吸收谱线线型——洛伦兹线型的导数形式对波长调制后获得的二次谐波波形信号进行拟合, 提取波形信息。 另一方面Levenberg-Marquardt非线性拟合方法需要有大量的计算, 为了使研制的TDLAS分析仪能够实现现场的实时监测, 采用了支持浮点运算的DSP的C28系列芯片进行数据处理, 实现仪器在现场实时监测的功能。 实验结果表明, 该算法能够有效提取二次谐波信号的吸收峰特征值、 克服背景噪声影响, 由算法反演得到的氧气浓度与实际浓度的线性比值为1.01, 浓度测量的线性误差为1.18%。