双色激光吸收光谱技术在燃烧诊断中的压力传感应用

2024-03-11

近日,中科院合肥物质院安光所高晓明研究员、刘锟研究员团队在可调谐激光吸收光谱技术(TDLAS)高温环境压力测量方面取得新进展,相关研究以《用于燃烧诊断的双色激光吸收光谱压力传感》为题发表在国际知名期刊Optics Letters(SCI二区,IF=3.6)上,通讯作者为王贵师副研究员。
高压燃烧是提升燃烧效率和动力的重要参数,针对当前接触式压力传感器作为压力测量主要手段,面临耐温低、高温灵敏度漂移大、干扰燃烧流场等问题,开展高温燃烧环境的压力测量技术对航空发动机研发等方面具有重要的应用价值。TDLAS因多参数(温度、压力、浓度等)同时测量、速度快、灵敏度高、抗干扰能力强的特点而备受关注,在燃烧诊断方面展现出巨大的发展前景。但传统的TDLAS压力测量受到分子浓度变化影响的问题,限制了测量精度和应用。
针对分子浓度对压力测量的干扰影响问题,团队刘锟研究员、王贵师副研究员、博士后王瑞峰等提出一种双色激光吸收光谱压力传感新方法,解决分子浓度影响问题。该方法采用H2O分子1343纳米和1392纳米波段附近的两条吸收线,使用两条吸收线Lorentz线宽的线性组合反演压力,实现分子浓度免疫压力测量。通过实验在473-1273K(开尔文,0K=-273.15℃)温度范围内精确标定组合系数,实现高温环境下压力的非接触、高精度、高速测量,测量精度达到3%,测量速度达到20kHz(千赫兹)。这一技术突破有望把TDLAS燃烧诊断从当前的温度、浓度测量扩展到“温度、浓度、压力”的三个维度的多参数测量。
双色激光吸收光谱技术在燃烧诊断中的压力传感应用 (https://ic.work/) 传感器 第1张

双色激光吸收光谱压力传感新方法。(a) 实验装置;(b) 光谱信号;(c) 1300K, 5.04 bar条件下20 kHz高速连续测量压力结果。
该研究工作得到国家自然科学基金(No. 61775221)等项目的资助。

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