Recent advances in room-temperature, visible and near-IR diode laser sources for telecommunication, optical data storage applications are enabling combustion diagnostics system based on diode laser absorption spectroscopy. In contrast to some traditional sampling-based gas-sensing instruments, tunable diode laser absorption spectroscopy system is advantageous because of their non-invasive nature, high sensitivity, fast response time and real-time measurement capability. So, combined with fiber-optics and high sensitive detection strategies, compact and portable sensor system arc now appearing for a variety of applications. The objective of this research is to take advantage of distributed feed-back diode laser and measure the $CO_{2}$ concentration (by using direct absorption and wavelength modulation spectroscopy methods). In addition to survey spectra of $CO_{2}$ bands and spectroscopic parameters between 1565 and 1579 run were computed at temperatures between 296 and 1200 K (by using HITRAN 2000 database). It experimentally found out that the features of direct absorption and wavelength modulation spectroscopy methods.
Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) has been widely used in environmental monitoring of gaseous species in the past decade. TDLAS is a direct measurement technique for pollutants such as NOx without any interference from other species. Because of its superior spectral purity (~0.001 $cm^{-1}$), absorption linewidths with resolvable rotational structure can be studied in the mid infrared region where strong fundamental vibrational transitions of molecules appear. (omitted)
This work forcus on the development of gas sensor that measure the concentrations of exhaust gas using diode laser, Each diode laser for exhaust gas measurement is set to work at near-IR using both DA and WMS methods. Also use of fiber-coupled optical elements makes such a sensor rugged and easy to align. The results showed that gas concentrations of $O_2$, CO, $CO_2$, NO are accurately measured within ${\pm}2%$ error. The application of WMS method increased the beam intensity 2-3 times higher than DA method. It were experimentally compared WMS (Wavelength Modulation Spectroscopy) with DA (Direct Absorption) for the accuracy.
This work forcus on the development of gas sensor that measure the concentrations of exhaust gas using diode laser. Each diode laser for exhaust gas measurement is set to work at near-IR using both DA and WMS methods. Also use of fiber-coupled optical elements makes such a sensor rugged and easy to align. On-line data acquisition and processing can be performed with a PC running LabVIEW software, and absorption signals are measured simultaneously by multiplexing method. Finally, It were experimentally compared WMS (Wavelength Modulation Spectroscopy) with DA (Direct Absorption) for the accuracy.
Diode laser absorption sensors are advantageous because they may provide fast, sensitive, absolute, and selective measurements of species concentration. These systems are very attractive for practical applications owing to its compactness, resonable cost, robustness, and ease of use. In addition, diode lasers are fiber-optic compatible and thus enable simultaneous measurements of multiple species along a line-of-sight. Recent advances of room-temperature, near-IR and visible diode laser sources for telecommunication, optical data storage applications make it possible to be applied for combustion diagnostics based on diode laser absorption spectroscopy. Therefore, combined with fiber-optics and high sensitive detection strategies, compact and portable sensor systems are now appearing for variety of applications. The objectives of this research are to develope a new gas sensing system and to verify feasibility of this system. Wavelength and power characteristics as a function of injection current and temperature are experimentally found out. Direct absorption spectroscopy has been demonstrated in these experiments and has a bright prospect to this diode laser system.
The measurement accuracy of Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy based Tomography (TDLAST) for the temperature and concentration fields are dependant upon the arrangement method of the used laser beams. This paper reports on the optimization of laser beam arrangements using phantom data. It has been verified that the measurement error of the TDLAST decreased with increase of laser beam numbers. Further, it has been confirmed that perpendicular arrangements between the horizontal and the vertical laser beams without additional diagonal laser beams shows the minimum measurement errors.
Pipe failure due to thermal fatigue and environmental regulations are increasing the importance of pipe monitoring systems in industrial plants. Since most pipe monitoring systems are focus on external crack inspected, it is necessary to temperature and concentration measuring monitoring system inside the pipe. These systems have spatial uncertainty due to sample inspection by one-point measurement. In addition, real-time measurement is not possible due to the limitation of time delay due to contact measurement. In this study, CT-TDLAS (Computed tomography-Tunable diode laser absorption spectroscopy) apply to overcome the limitations of existing methods. Lasers exhibiting an absorption response at a wavelength of 1395 nm were arranged in a lattice pattern on measuring cell. It showed that the inside of the pipe changed to an unstable combustion state over time.
광학공동 적분 투과 분광법(integrated cavity output spectroscopy, ICOS)은 파장가변 레이저와 광학공동을 이용해 미량기체의 절대 밀도를 고감도로 측정할 수 있는 실시간 흡수 분광계측 기법이다. 이 기법은 압전 소자를 이용해 길이가 변조되는 고 피네스(high finesse) 파브리-페로 공동(Fabry-Perot cavity)을 공명 투과하는 연속파 파장 변조 레이저의 적분 출력으로 부터 공동 내부 시료의 분광 흡수량을 측정하는 원리를 이용한다. 본 연구에서는 764,7nm 파장 근처에서 파장이 변조되는 외부 공진기 반도체 레이저를 광원으로 사용하고, $99.997\%$의 높은 반사율을 갖는 거울로 구성된 파브리-페로 공동을 이용해 파장에 따른 투과 감쇠 신호를 발생시키는 실험 장치를 구성하였다. 산소 기체에 대한 측정 실험을 수행한 결과, 최소 흡수계수 $8.45\times10^{-8}cm^{-1}$에 해당하는 미량기체 밀도를 측정할 수 있는 성능을 얻었다.
분리막을 이용한 산소-18 분리실험에서 분리된 시료의 동위원소 성분비 분석을 위해 다이오드 레이저 흡수분광장치를 구성하였다. 흡수신호의 신호 대 잡음비를 높이기 위해 lock-in증폭기를 사용한 파장변조 분광법을 채택하였다. 레이저의 주파수 변조폭 최적화와 FFT 저역통과 필터링을 통해 다중반사흡수셀에서 발생하는 간섭무늬 잡음을 줄였다. 산소-18에 대한 흡수분광장치의 최대편차는 $\pm$4$\textperthousand$로 측정되었다.
산업현장의 대형 연소시스템 내부의 온도 및 농도를 실시간으로 정밀하게 계측하는 일은 그 규모 및 환경 조건으로 인해 사실상 어렵다. 현재 주로 사용되고 있는 열전대를 이용한 온도 계측은 점 측정 방식으로 대형 연소시스템 내부 광역 범위의 온도 분석에 적용하기에는 정밀성과 신뢰성이 낮으며, 접근성에 한계가 있다. 농도 분석 측면에서 대부분의 계측 방법은 샘플링 방식으로 실시간 측정이 어렵고 대표성에 한계가 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위한 방법으로, 레이저를 이용한 측정법이 지속적으로 개발되고 있다. 레이저 기반 측정법들은 선 평균 측정 방식으로 대표성과 정밀도가 뛰어나 대형 연소시스템 적용에 유리하다. 본 연구에서는 파장 가변형 레이저 흡수 분광법(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS)을 통해 연소 시에 발생하는 수증기와 산소를 이용하여 실시간으로 온도 및 농도를 측정하였다. 측정 결과 연소시스템 내부 평균 온도는 1330℃, 평균 산소 농도는 3.3 %로 발전소 데이터와 비교하였을 때 유사한 경향성의 측정값을 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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