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在等压条件下将气体冷却,当气体中的水蒸气冷凝成液态水/冰时的气体温度即为水汽的露点/霜点温度。一般情况下,零度以上的凝结温度点称为露点,零度以下的凝结温度点称为霜点。露点/霜点温度的监测在气象、航空航天、兵器工业、精密半导体行业、原子能、石油化工、电力和仓储等领域都具有非常重要的作用。与温度和压力是独立的被测量不同,露点/霜点温度的测量通常会受到环境温度和环境压力的影响,所以露点/霜点温度是最难准确测量的气体参数之一,尤其是极低温环境下极低露点/霜点温度的精确、快速检测存在较大挑战。本文采用可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术,开展了大动态范围露点/霜点温度精确测量方法研究、露点/霜点温度测量结果溯源研究以及极低温度环境下露点/霜点测量的环境适应性研究。TDLAS技术具有高选择性、快速响应、高光谱分辨率、环境适应性强、易于小型化等优点,非常适合对极端环境流场参数(温度、组分浓度、流速、压力等)进行实时测量。选择水汽(H20)为分子探针,利用TDLAS技术测量水汽分压,根据饱和水汽分压与露点/霜点温度之间的关系计算获得露点/霜点温度值,各物理量之间的传递关系清晰明了。针对光谱的精确反演,提出了一种新型的光谱处理方法——Voigt线型两翼拟合方法。通过选择8条水汽光谱,分别采用数值积分方法、Voigt全线型拟合方法以及Voigt线型两翼拟合方法获得积分吸光度值后与理论计算的结果对比获得偏差值,来验证Voigt线型两翼拟合方法的精度。对比结果显示Voigt线型两翼拟合方法的误差在0.091%～0.47%范围,拟合精度明显高于数值积分方法及Voigt全线型拟合方法。采用TDLAS技术对露点温度进行测量,测量精度受限于光谱数据库(例如HITRAN光谱数据库)中参数的精度,我们在实验室搭建纯水汽光谱参数标定平台,对所选吸收线进行精确光谱参数标定,获得了精度高于数据库的光谱线强及自展宽系数结果。针对TDLAS技术露点/霜点测量的可行性、精度以及环境适应性,进行了 TDLAS技术露点/霜点温度测量实验验证。选择一套1.38μm单激光器的系统,首先在实验室低温平台上进行不同温度下的露点/霜点测量,分别进行了纯水汽及非纯水汽实验,实验露点/霜点结果与理论结果偏差较大,分析其中原因是由于气体池壁对水汽的吸附以及外界环境中水汽的“附加吸收”对测量结果的影响。为了避免这些因素的影响,在安徽省气象局进行了原位露点/霜点温度测量实验,测量结果与标准露点测量装置(冷镜式露点仪)的测量结果对比偏差小于1℃,获得TDLAS技术测量常温露点/霜点温度的可行性及精度。然后利用低温腔(温度范围:-173℃～常温)进行极低温环境下,TDLAS方法测量露点/霜点温度的可行性和精度的实验验证,同时采用原位测量及抽气采样测量方式,研究管路吸脱附效应对露点/霜点温度测量的影响,与冷镜式露点仪同时测量并对比,原位测量的结果与腔内气体温度变化趋势相同,与理论相符,抽气采样测量与冷镜式露点仪测量结果一致性较好,验证TDLAS方法低温环境的适应性及精度。最后,TDLAS方法与冷镜式露点仪同时测量了低温风洞流场的霜点温度,测量结果在-60℃以上时,两种测量方法偏差小于±1℃,在-60℃以下时,两种测量方法偏差在±5℃,通过实验证明这个误差主要来源于抽气管路的吸脱附效应以及测量腔体内残存的水汽吸收。对于极低霜点温度的精确测量,采用原位在线测量的方式比较理想,不会受到管路等对露点/霜点温度的影响。。针对低温风洞工作时的实际工况,结合实际露点/霜点温度变化范围,研究了多波长的露点/霜点检测方法,并用于大动态范围露点/霜点温度的精确测量,提出了直接吸收与波长调制技术相结合的方法,大大提高了单只激光器露点/霜点检测范围。选择了适合低温环境露点/霜点温度检测的水汽吸收线,并在实验室对吸收线线强参数进行了标定,获得了精度明显高于HITRAN数据库的线强及自展宽系数结果。理论计算分析了所选吸收线的露点/霜点测量范围及精度,均能满足实际要求。针对测量结果的精度验证问题,研究了 TDLAS露点/霜点温度测量结果计量院溯源研究方案,集成的溯源装置首先在实验室进行了高纯氮气霜点温度的实际测量测试,测量结果与国家标准要求的高纯氮气霜点温度(<-69℃)一致。最后在上海计量院进行了 TDLAS露点/霜点温度测量结果溯源研究,按照国家标准进行了-90℃～+30℃范围的露点/霜点的测量对比,与标准冷镜式露点仪测量同一水汽发生装置中的露点/霜点温度值,全范围测量结果相差小于1℃,验证了TDLAS测量结果的精度。经过本论文的研究,获得了 TDLAS技术测量露点/霜点温度的可靠原理、适合低温环境,大动态范围露点/霜点温度测量的水汽吸收线及其高精度的光谱参数、多线波分复用结合直接吸收光谱技术与波长调制光谱技术的露点/霜点检测方法,以及TDLAS测量结果溯源研究方案及结果。