燃烧作为最直接的能源利用方式被广泛应用在工业过程中。目前化石能源的燃烧占主要比例，并将在今后的几十年中仍将占据主导地位。

燃烧是一个极其复杂的过程。反应过程中涉及到多种物理变化和化学变化过程，两者相互影响。化石类燃料中通常还有大量的碳、氮、硫等元素，在燃烧过程中会产生大量的对大气环境有污染的气体，如CO、NO_X、SO₂等，这些化学反应的反应方向和进程受到物理变化中的温度、压力等参数变化的影响。因此，燃烧火焰中这些关键的物理参数对燃烧过程有着直接的影响。若能够在燃烧过程中对这些气体的温度等物理参数进行实时、准确的测量能够减少有害气体产生，控制燃烧过程，提供燃烧效率，达到节能减排的目的。因此，开展燃烧场温度的准确测量，对实际的工业过程应用有着重要意义。

传统的流场测量技术主要采用接触式测量手段。热电偶探针法作为典型的接触式测量方法，将热电偶快速插入到火焰中，通过测量不同阶段节点温度进而计算出燃烧场中节点处的温度。该方法实验设备便宜、操作简单，同时也不需要复杂的理论计算及重建算法；但该方法仅适用于稳态火焰中的测量，测量同时影响燃烧场，导致测量精度低。

因此，我们采用非接触测量方法中的可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术进行测量，并与与热电偶测温法进行比较验证。

可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术，可用于气体浓度、温度、压强和流速等参数的测量。该技术最早是由Hanson等人将TDLAS技术应用到实际的燃烧环境中进行实验，并发展为目前的激光燃烧诊断技术之一。可调谐二极管激光吸收光谱技术在时间分辨率、测量精度、实时性和非接触式测量等方面相比传统测量方法具有很大的优势，具有非侵入式、灵敏度高、选择性强、可实时在线测量等优点，近年来被广泛地应用到多种火焰及燃烧装置的科学研究以及燃烧过程诊断中，发展极为迅速。

美国斯坦福大学的Hanson等人在TDLAS燃烧流场诊断领域做了大量的研究，

并取得了丰硕的成果。在20世纪70年代末，Hanson组的研究人员使用半导体

激光器首次采集到平焰炉燃烧组分CO的高分辨率吸收光谱,提出并实现了双线比值法测温。1993年，该研究小组提出一种可以提高弱信号检测灵敏度的TDLAS波长调制技术，获得了激波管中的温度、压力、流速信息此后的十几年时间内，TDLAS技术在燃烧流场诊断方面的应用获得了更多的关注和研究，主要集中在工业高温炉燃烧参数测量，燃烧状态监测发动机性能诊断等方面。2005年，斯坦福大学的Xin Zhou对高温环境下的水汽吸收特性进行了系统详细地研究，并给出了测温谱线选择定则，最终在水汽分子1.4μm附近和1.8μm附近分别选择了两对测温谱线，在不同类型的燃烧器上进行测温实验，获得了和热电偶测试较一致的结果。2007年，斯坦福大学Kent H. Lyle等人在美国东哈特福德的Pratt和Whitey涡扇航空发动机地面测试实验中进行了进气道空气质量流量的测量，该实验小组选择764nm附近的氧气分子吸收线，并结合波长调制技术解调出2f信号，利用多普勒频移效应获得了气流流速,同时采用直接吸收技术计算流体密度，整个实验实时获取了质量流量信息，响应频率达到１Hz。在飞行实验中，由美国和澳大利亚合作的高超声速研究项目近几年也进行了相关的试飞试验，其中发动机燃烧室出口安装了TDLAS小型化装置，2010年报道的HIFiREl实验中，飞行试验搭载了由Zolo和Southwest Sciences公司开发出的一套系统，该系统利用工作波长为760nm的垂直腔面发射半导体激光器来监测进气道空气捕获流量。近几年来，TDLAS技术方法研究和在燃烧流场诊断方面的应用又呈现出一些新的特点，具体来说：2012年Sun.k等人研究了高次谐波经一次谐波归一化之后的调制光谱技术，该技术克服了高压展宽、大调制深度、背景光信号不确定等因素产生误差的影响，实验中使用一只2326nm的激光器，利用If归一化的2f、3f、4f、5f和6f信号测量了CO的浓度，测量值和设定值吻合地较好。2013年斯坦福大学Christopher等人使用1392nm和1343nm两个DFB激光器，利用免标定的波长调制技术测量了膨胀管超音速气流的流速、流场温度、组分浓度以及线型展宽参数，实验中2f/1f信号与模拟的二次谐波信号的光谱拟合残差要明显小于直接吸收光谱拟合结果。2014年斯坦福大学的R.M.Spearrin等人使用波长在4-5μm处的中红外量子级联激光器，采用直接吸收和波长调制技术同时测量了超声速燃烧流场中的温度变化以及CO₂和CO的组分浓度变化。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

分析可调谐激光吸收光谱技术（TDLAS）测温的原理和方法