3. Results and discussionFig. 4 dep

3. Results and discussion
Fig. 4 depicts a fragment of CO and CO2 spectra calculated using HITRAN [28] at the room temperature and at 1000 K.
The spectral range shown in the figure is achievable with the laser used in this work. The total intensity of each spectrum decreases with increasing temperature, due to the dependency of the partition function. The observed total intensity of the absorption spectrum also depends on the gas concentration, which is not known and must be determined. Therefore, a temperature measurement can be made based on the relative intensities of various rotational lines in the spectrum. The spectra shown in Fig. 4 are normalized, so their total intensities are similar.
The full spectral range shown in Fig. 4 is obtained by tuning the laser with the L3 lens, as described in Section 2. The broadband emission of the laser at a fixed L3 position covers a narrower spectral range. The spectral range used in this work is shown as a grey shaded region in Fig. 4. We chose this range based on the following criteria. First, it must allow simultaneous determination of the CO and CO2 concentrations, with more sensitivity to CO since the CO2 concentration is substantially higher in most applications. Second, the selected range must allow temperature measurements and hence include lines which behave differently as the temperature changes.
The spectral range used in this work complies with these requirements. In this range, CO can be measured with high sensitivity and the temperature can be determined from rotational lines with high J numbers in the CO2 spectrum. The intensity of the CO spectrum in this spectral range is about 20 times higher than that of CO2. As mentioned above, this can be considered an advantage for many practical applications, where trace amounts of CO have tobe detected on top of a dominant CO2 background.
Fig. 4 also depicts the HITRAN spectrum of methane at room temperature and at 1000 K. The relative intensities of the different lines are practically the same at the two temperatures. On the other hand, the total intensity of the spectrum is reduced by a factor of 13, due to a strong increase in the partition function of this five-atom molecule. The reason for this uniform behavior of the different rotational lines has to do with deficient information about the lower-level energy of methane transitions in this spectral range(see a more detailed discussion later in the paper).
The spectral lines in our experiments are broadened mainly by collisions, since the Doppler width is narrower than the Lorentzian collisional linewidth by at least a factor of five even at 1200 K. How-ever, the apparatus linewidth accounts for additional broadening.Therefore, we use the following procedure for spectral simulation. After assigning the spectral lines, the spectra of individual molecules are simulated with the aid of HITRAN [28] or HITEMP [29](for its CO2 database), including collision broadening and line shift coefficients. The line intensity S(T) at temperature T is calculated based on the line intensity at the reference HITRAN temperature Tref= 296 K:

(3)where E is the energy of the lower transition level, Q(T) is the partition function from the HITRAN database, and c2 is the secondradiation constant = hc/k=1.4388 cm K. The correct wavenumber corresponding to the spectral line is determined using the pressure shift ı of the transition:
 (4)Thus, the monochromatic cross section () is given by
(5)where f(, T, p, ) is the Lorentzian lineshape function and p is pressure:
(6)
and the half linewidth (p, T) is calculated using airfrom HITRAN:
(7)

The coefficient n reflects the temperature dependence of the air-broadened half width from HITRAN. The spectral baseline was simulated with a 5th–7th order polynomial. The Beer–Lambert law(Eq. (1)) was used to generate the resulting spectrum. In the next stage, the generated spectrum was convoluted with the instrumental lineshape function approximated by a Gaussian, using aLabVIEW code based on the fast Fourier transform algorithm.
The polynomial coefficients along with the temperature and molecule concentration(s) were evaluated using a nonlinear least squares fit (the Levenberg–Marquardt algorithm), with the aid of a homemade LabVIEW program.
Fig. 5 depicts measured and simulated spectrum of 2% CO diluted by nitrogen to a total pressure of 1 atm at a temperature of 298 K.The best fit yields 1.9% CO concentration and a temperature of 302 K.
The inset in Fig. 5 demonstrates the excellent fit of a single spectral line. The temperature and concentration of CO can be accurately evaluated in this spectral range only near room temperature, since in this range the CO spectrum contains rotational lines with rotational quantum numbers from 13

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

3. ผลลัพธ์ และสนทนาFig. 4 แสดงให้เห็นส่วนของ CO และ CO2 แรมสเป็คตราที่คำนวณโดยใช้ HITRAN [28] ที่อุณหภูมิห้อง และ ที่ คุณ 1000ช่วงสเปกตรัมที่ปรากฏในภาพจะทำได้ โดยเลเซอร์ที่ใช้ในการทำงานนี้ ลดความเข้มทั้งหมดของสเปกตรัมแต่ละกับการเพิ่มอุณหภูมิ เนื่องจากการขึ้นต่อกันของฟังก์ชันพาร์ทิชัน สังเกตความเข้มทั้งหมดของสเปกตรัมดูดซึมยังขึ้นอยู่กับแก๊สความเข้มข้น ที่มีชื่อเสียง และต้องกำหนด ดังนั้น วัดอุณหภูมิสามารถทำตามในการปลดปล่อยก๊าซญาติของบรรทัดในการหมุนต่าง ๆ ในสเปกตรัม แรมสเป็คตราแสดงใน Fig. 4 มีตามปกติ เพื่อการปลดปล่อยก๊าซทั้งหมดจะเหมือนกันช่วงเต็มสเปกตรัมที่ปรากฏใน Fig. 4 จะได้รับ โดยเลเซอร์เลนส์ L3 ปรับแต่งตามที่อธิบายไว้ในส่วนที่ 2 เล็ดรอดแบนด์ของเลเซอร์ที่ตำแหน่ง L3 ถาวรครอบคลุมช่วงสเปกตรัมแคบลง ช่วงสเปกตรัมที่ใช้ในการทำงานนี้จะแสดงเป็นพื้นที่แรเงาสีเทาใน Fig. 4 เราเลือกช่วงนี้ตามเงื่อนไขดังต่อไปนี้ ครั้งแรก มันต้องให้กำหนดพร้อมใบ CO และ CO2 ความเข้มข้น มีความไวมากขึ้นให้ CO เนื่องจากความเข้มข้นของ CO2 จะสูงมากในการใช้งานมากที่สุด สอง ช่วงที่เลือกต้องให้วัดอุณหภูมิ และรวมรายการที่แตกต่างกันเป็นการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิดังนั้นช่วงสเปกตรัมที่ใช้ในการทำงานนี้สอดคล้องกับข้อกำหนดเหล่านี้ ในช่วงนี้ สามารถวัด CO มีความไวสูง และอุณหภูมิที่สามารถกำหนดจากบรรทัดในการหมุนกับ J ตัวเลขที่สูงในสเปกตรัม CO2 ความเข้มของคลื่น CO ในช่วงสเปกตรัมนี้เป็นประมาณ 20 เท่าสูงกว่า CO2 ดังกล่าวข้างต้น นี้ถือได้ว่าการปฏิบัติโปรแกรมประยุกต์จำนวนมาก ที่ติดตามจำนวน CO มี tobe ที่พบบนพื้นหลัง CO2 หลักFig. 4 นอกจากนี้ยังมีภาพสเปกตรัม HITRAN ของมีเทน ที่อุณหภูมิห้อง และ ที่ คุณ 1000 ปลดปล่อยก๊าซญาติของบรรทัดแตกต่างกันจริงที่อุณหภูมิสอง บนมืออื่น ๆ รวมความเข้มของคลื่นจะลดลงตามสัดส่วนของ 13 เนื่องจากการเพิ่มขึ้นแข็งแกร่งในฟังก์ชันพาร์ทิชันของโมเลกุลอะตอมห้านี้ มีเหตุผลในการทำงานนี้เป็นรูปแบบของบรรทัดในการหมุนแตกต่างกับข้อมูลขาดสารเกี่ยวกับระดับพลังงานของการเปลี่ยนมีเทนในช่วงสเปกตรัมนี้ (ดูการสนทนารายละเอียดเพิ่มเติมในเอกสารในภายหลัง)เส้นสเปกตรัมในการทดลองของเรามีให้ส่วนใหญ่ โดยตาม เนื่องจากความกว้างของ Doppler แคบลงกว่า linewidth collisional Lorentzian โดยปัจจัยน้อยห้าห้อง 1200 วิธีคุณเคย บัญชี linewidth เครื่องสำหรับ broadening เพิ่มเติม ดังนั้น เราใช้ขั้นตอนต่อไปนี้สำหรับการจำลองสเปกตรัม หลังจากกำหนดเส้นสเปกตรัม จำลองแรมสเป็คตราของแต่ละโมเลกุล มีความช่วยเหลือของ HITRAN [28] หรือ HITEMP [29] (สำหรับ CO2 ฐานข้อมูล), รวมทั้งชน broadening และสัมประสิทธิ์กะบรรทัด บรรทัดความเข้ม S(T) ที่อุณหภูมิ T คำนวณตามความรุนแรงของรายการที่อ้างอิง HITRAN อุณหภูมิ Tref = 296 K:(3) ซึ่งเป็นพลังงานของระดับช่วงล่าง Q(T) เป็นฟังก์ชันการพาร์ติชันจากฐานข้อมูล HITRAN และ c2 มีค่าคง secondradiation = hc/k = 1.4388 ซม.คุณ Wavenumber ถูกต้องสอดคล้องกับเส้นสเปกตรัมจะกำหนดใช้ıกะแรงดันของการเปลี่ยนแปลง:ดังนี้ (4), ()ส่วนขนยังถูกกำหนดโดย(5) f (, T, p,) คือฟังก์ชัน Lorentzian lineshape และ p คือ ความดัน:(6)และคำนวณ linewidth ครึ่ง (p, T) โดยใช้ airfrom HITRAN:(7)N สัมประสิทธิ์สะท้อนให้เห็นถึงการพึ่งพาอุณหภูมิของอากาศให้ครึ่งความกว้างจาก HITRAN พื้นฐานสเปกตรัมถูกจำลอง ด้วยใบ 5 – 7 พหุนาม กฎหมายเบียร์ – Lambert (Eq. (1)) ที่ใช้ในการสร้างสเปกตรัมได้ ในระยะถัดไป คลื่นสร้างที่คดเคี้ยว ด้วยฟังก์ชัน lineshape บรรเลงเลียนแบบ โดยแบบ Gaussian ใช้รหัส aLabVIEW ตามอัลกอริทึมการแปลงฟูรีเยได้อย่างรวดเร็วสัมประสิทธิ์พหุนามกับ concentration(s) อุณหภูมิและโมเลกุลถูกประเมินด้วยพอดีกำลังสองน้อยสุดไม่เชิงเส้น (Levenberg – Marquardt อัลกอริธึม), ความช่วยเหลือของโปรแกรม LabVIEW โฮมเมดFig. 5 มีภาพจำลอง และวัดสเปกตรัมของ 2% CO ผสม ด้วยไนโตรเจนให้ความดันรวมของ 1 atm อุณหภูมิสุด 298 K.The พอดีทำให้ความเข้มข้นของ CO 1.9% และอุณหภูมิของคุณ 302แทรกใน Fig. 5 แสดงให้เห็นพอดีของเส้นสเปกตรัมเดียว อุณหภูมิและความเข้มข้นของ CO สามารถถูกต้องประเมินในช่วงนี้สเปกตรัมใกล้อุณหภูมิห้อง เท่านั้นเนื่องจากในช่วงนี้ คลื่น CO ประกอบด้วยเลขควอนตัมในการหมุนจาก 13 บรรทัดในการหมุนแม้ มีความยากลำบากในการประเมินโดยใช้คลื่นโมเลกุล CO ในช่วงนี้อุณหภูมิสูง ความเข้มข้นของ CO สามารถยังคงประเมินได้อย่างถูกต้องโดยใช้ค่าอุณหภูมิที่วัดได้อย่างอิสระ เช่น เราสามารถแยกไข้จากสเปกตรัม CO2 เป็น elaborated ด้านล่าง เพื่อประเมินความถูกต้องของการประเมินความเข้มข้น กระชับขั้นตอนที่ซ้ำสำหรับความเข้มข้นของ CO ที่ตั้งแต่ 0.1 ถึง 2% ของส่วนผสมกับไนโตรเจนที่ความดันบรรยากาศ ผลลัพธ์แสดงใน Fig. 6 ขีดจำกัดล่างของความเข้มข้น CO ที่ใช้ในการทดลองนี้ถูกกำหนดตามความไวของวิธีตรวจหาไม่ แต่ โดยความถูกต้องของตัวควบคุมกระแสโดยรวมที่ใช้สำหรับแก๊ส CO จัดหา อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงที่เข้มข้น 2000 ppm CO ได้ประมาณ 5 นั่นคือ สามารถวัดความเข้มข้นของ CO กับความไวของ 400 ppm ในช่วงสเปกตรัมนี้ โปรดสังเกตว่า ความไวที่อุณหภูมิห้องจะดีขึ้นในช่วงใกล้ 6375 cm−1ข้อดีสำคัญของ ICLAS และ FLICAS อย่างใดอย่างหนึ่งคือยาว abilityto ควบคุมเส้นทางที่มีประสิทธิภาพ Leff และดังนั้นความไว โดยการเปลี่ยนเวลาสร้าง tgen (ดู Eq. (1)) ก็เป็นไปได้ tgen < tmax, tmax ขึ้นอยู่กับกระบวนการต่าง ๆ ไม่ใช่เชิงเส้นในเลเซอร์ และดังนั้น จึงเป็นเลเซอร์ชนิดที่เฉพาะเจาะจง Tmax สูง 200 ms ถูกแสดงสำหรับเลเซอร์สีย้อมตาม ICLAS [19] ก่อนหน้านี้ เราแสดง [24] ที่ FLICAS ตาม Er3 + doped ไฟเบอร์เลเซอร์ ซึ่งถูกใช้ในงานนำเสนอ tmax 200 s ดังนั้น ไวประสบความสำเร็จในการทำงานปัจจุบันสามารถพัฒนาตามลำดับของขนาดมากกว่า อย่างไรก็ตาม การสาธิตของระดับความสำคัญสูงสุด ซึ่งถูกแล้วแสดงไว้ก่อนหน้านี้ อยู่นอกขอบเขตของงานนี้ ที่นี่เรามุ่งความสนใจไปและข้อจำกัดของวัดพร้อมกันหลายพันธุ์พร้อมกับการวัดอุณหภูมิจากแรมสเป็คตราเดียวกัน 6390-6400 cm−1 สเปกตรัมช่วง บรรทัด CO2 จะอ่อนมากที่อุณหภูมิห้อง อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิสูง (เหนือ 400 K) บรรทัดเหล่านี้สามารถใช้สำหรับการกำหนดอุณหภูมิที่ถูกต้อง พอดีของสเปกตรัม CO2 บันทึกที่ 970 K แสดงให้เห็นถึง fig. 7 และ Fig. 8 สรุปผลลัพธ์ของวิธีการนี้ประเมินอุณหภูมิที่อุณหภูมิต่าง ๆต้องสังเกตว่า กำหนดอุณหภูมิในการทดลองที่อุณหภูมิสูงจะมีผลต่อค่าอุณหภูมิในเตาอบท่อ (ดู Fig. 2) โชคดี ดูดซึม CO2 ในช่วงสเปกตรัมนี้ลดลงอย่างรวดเร็วเป็นการลดอุณหภูมิ ทำให้เราสามารถประเมินความยาวแสงจริงของโมเลกุลดูดซับอุณหภูมิเตาอบที่ระบุ การประเมินขอบเขตไม่ใช่รื่นรมย์ของส่วนกำหนดค่าของอุณหภูมิมีผลต่ออุณหภูมิประสิทธิภาพที่สกัดจากสเปกตรัม CO2 เราจำลองสเปกตรัมนี้ใช้ HITRAN อุณหภูมิและฐานข้อมูลส่วนกำหนดค่าแสดงใน Fig. 2 สเปกตรัมที่ได้รับการประมวลผลเพิ่มเติมตามข้างบนอธิบายขั้นตอนการประเมินการ แยกค่าของ 952 K มีค่อนข้างมูลค่าของคุณ 973 ดังนั้น เราสามารถสรุปว่า ∼30 K จะประเมินความเหมาะสมความถูกต้องของความไม่แน่นอนเกี่ยวข้องกับการใช้ค่าอุณหภูมิเตาอบ "ระบุ"Fig. 8 เปรียบเทียบอุณหภูมิประเมินจากสเปกตรัม FLICAS CO2 อุณหภูมิเตาอบที่ระบุ กราฟนี้ยืนยันความถูกต้องของการวัดอุณหภูมิว่า about±50 K มากกว่าหลากหลาย (300-1100 K) อีกครั้ง ค่านี้มีความไม่แน่นอนที่ในส่วนกำหนดค่าความร้อนของเตาอบท่อ ความไวให้ CO2 ในช่วงสเปกตรัม 6390-6400 cm−1 หยดเป็นอุณหภูมิเพิ่มขึ้น เนื่องจากเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วของฟังก์ชันการพาร์ติชัน ในสถานการณ์ที่ความเข้มข้นของ CO2 จะต่ำ อุณหภูมิสามารถประเมินใช้สเปกตรัม CO ในช่วง cm−1 6408-6418 ซึ่งเลเซอร์สามารถจะได้ปรับช่วงนี้มี bandhead ของ R-สาขาของสเปกตรัม rovibrational CO (ดู Fig. 9) ประกอบด้วยบรรทัดหมายเลขควอนตัมในการหมุนจาก J CO = 21 ให้ J = 47 ที่สอดคล้องกับช่วงการเปลี่ยนภาพต่ำพลังงาน E = 886 – 4300 cm−1 ช่วงนี้มีความไวต่ออุณหภูมิที่ดีที่อุณหภูมิสูง โปรดสังเกตว่า อุณหภูมิและความเข้มข้นของ CO สามารถประเมินพร้อมกันในช่วงนี้สเปกตรัมFig. 10 แสดงให้เห็นผลของการทดลองที่เราเร่าร้อนส่วนผสม 50% CO2 และ 1% CO ที่ 1 แรงดัน atm อุณหภูมิของคุณ 773 โปรแกรมปรับใช้ฐานข้อมูล HITRAN บรรทัด CO และฐานข้อมูล HITEMP บรรทัด CO2 มันปรับพารามิเตอร์ต่อไปนี้: อุณหภูมิ ความเข้มข้นของ CO และ CO2 และสัมประสิทธิ์ของพหุนามที่เหมาะสมกับพื้นฐาน แม้ มีการทับซ้อนระหว่างเส้นสเปกตรัม CO และ CO2 ก็สามารถทำการกำหนดพร้อมค่อนข้างแม่นยำของอุณหภูมิ (พอดีทำให้ T = 767 K) และความเข้มข้นของ CO (พอดีทำให้ 1.0%) และ CO2 (พอดีทำให้ 53%) นี้แสดงให้เห็นถึงของอุณหภูมิเกิดขึ้นพร้อมกัน และ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

3. ผลการอภิปรายและ
รูป 4 แสดงให้เห็นว่าส่วนของ CO และ CO2 สเปกตรัมคำนวณโดยใช้ HITRAN [28] ที่อุณหภูมิห้องและที่ 1000 เค
ช่วงสเปกตรัมแสดงในรูปที่จะทำได้ด้วยเลเซอร์ที่ใช้ในงานนี้ ความรุนแรงรวมของแต่ละคลื่นความถี่ลดลงด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการขึ้นของฟังก์ชั่นพาร์ทิชัน สังเกตเห็นความรุนแรงทั้งหมดของสเปกตรัมการดูดซึมยังขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของก๊าซซึ่งไม่เป็นที่รู้จักและต้องได้รับการพิจารณา ดังนั้นการวัดอุณหภูมิสามารถทำได้ขึ้นอยู่กับความเข้มของญาติของสายการหมุนต่าง ๆ ในสเปกตรัม สเปกตรัมแสดงในรูป 4 ปกติดังนั้นความเข้มของพวกเขาทั้งหมดมีความคล้ายคลึง.
ช่วงสเปกตรัมเต็มรูปแบบที่แสดงในรูป 4 จะได้รับการปรับแต่งโดยเลเซอร์ที่มีเลนส์ L3 ที่อธิบายไว้ในมาตรา 2 การปล่อยบรอดแบนด์ของเลเซอร์ในตำแหน่งที่คงที่ L3 ครอบคลุมช่วงสเปกตรัมแคบ ช่วงสเปกตรัมที่ใช้ในงานนี้จะแสดงเป็นสีเทาสีเทาภูมิภาคในรูป 4. เราเลือกช่วงนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขดังต่อไปนี้ ก่อนจะต้องให้ความมุ่งมั่นพร้อมกันของ บริษัท และความเข้มข้นของ CO2 ที่มีความไวมากขึ้นในการ CO ตั้งแต่ความเข้มข้นของ CO2 เป็นอย่างมากที่สูงขึ้นในการใช้งานมากที่สุด ประการที่สองช่วงที่เลือกจะต้องอนุญาตให้วัดอุณหภูมิและด้วยเหตุนี้รวมถึงสายที่ทำงานแตกต่างกันในขณะที่การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ.
ช่วงสเปกตรัมที่ใช้ในงานนี้สอดคล้องกับความต้องการเหล่านี้ ในช่วงนี้, โคโลราโดสามารถวัดได้ด้วยความไวสูงและอุณหภูมิที่สามารถตรวจสอบได้จากสายการหมุนที่มีตัวเลขสูงเจในคลื่นความถี่ CO2 ความเข้มของคลื่นความถี่ CO ในช่วงสเปกตรัมนี้เป็นเรื่องเกี่ยวกับ 20 เท่าสูงกว่า CO2 ดังกล่าวข้างต้นนี้จะได้รับการพิจารณาประโยชน์สำหรับการใช้งานในทางปฏิบัติหลายที่ติดตามปริมาณของ CO Tobe ได้ตรวจพบที่ด้านบนของพื้นหลัง CO2 ที่โดดเด่น.
รูป นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นถึง 4 คลื่นความถี่ HITRAN ของก๊าซมีเทนที่อุณหภูมิห้องและที่ 1000 เคเข้มญาติของเส้นที่แตกต่างกันในทางปฏิบัติเช่นเดียวกันที่สองอุณหภูมิ ในทางกลับกันความเข้มของคลื่นรวมจะลดลงโดยปัจจัยที่ 13 จากการเพิ่มขึ้นอย่างแข็งแกร่งในฟังก์ชั่นพาร์ทิชันนี้โมเลกุลห้าอะตอม เหตุผลนี้พฤติกรรมเครื่องแบบของสายการหมุนที่แตกต่างกันจะทำอย่างไรกับข้อมูลเกี่ยวกับการขาดพลังงานในระดับต่ำกว่าของการเปลี่ยนก๊าซมีเทนในช่วงสเปกตรัมนี้ (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมในภายหลังในกระดาษ).
รางรถไฟในการทดลองของเรามีการขยาย โดยส่วนใหญ่ชนกันเนื่องจากความกว้าง Doppler จะแคบกว่า linewidth Lorentzian collisional อย่างน้อยปัจจัยที่ห้าแม้ที่ 1200 เควิธีที่เคยบัญชี linewidth อุปกรณ์สำหรับ broadening.Therefore เพิ่มเติมเราจะใช้ขั้นตอนต่อไปสำหรับการจำลองสเปกตรัม หลังจากได้กำหนดเส้นสเปกตรัม, สเปกตรัมของแต่ละโมเลกุลมีการจำลองด้วยความช่วยเหลือของ HITRAN [28] หรือ HITEMP [29] (สำหรับฐานข้อมูลของ CO2) รวมทั้งการขยายการปะทะกันและค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงสาย ความเข้มของเส้น S (T) ที่อุณหภูมิ T คำนวณจากความเข้มของเส้นที่ HITRAN อ้างอิงอุณหภูมิ Tref = 296 K: (3) ที่ E เป็นพลังงานในระดับที่ต่ำกว่าการเปลี่ยนแปลง, Q (T) เป็นฟังก์ชั่นพาร์ทิชันจาก ฐานข้อมูล HITRAN และ c2 เป็นคง secondradiation = hc / k = 1.4388 ซมเค wavenumber ที่ถูกต้อง ?? สอดคล้องกับเส้นสเปกตรัมจะถูกกำหนดโดยใช้การเปลี่ยนแปลงความดันของการเปลี่ยนแปลงı: ?? ? (?) (4) ดังนั้นส่วนข้ามเดียวจะได้รับจาก(5) ที่ f (??, T, P,?) เป็นฟังก์ชั่น Lorentzian lineshape p และเป็นความดัน(6) ? และ linewidth ครึ่ง ( พีที) จะถูกคำนวณโดยใช้ airfrom HITRAN: (7) n สัมประสิทธิ์สะท้อนให้เห็นถึงการพึ่งพาอาศัยอุณหภูมิของเครื่องขยายความกว้างครึ่งจาก HITRAN พื้นฐานสเปกตรัมจำลองที่มีการสั่งซื้อ 5-7 พหุนาม กฎหมายเบียร์-Lambert (สม. (1)) ถูกนำมาใช้ในการสร้างคลื่นความถี่ที่เกิดขึ้น ในขั้นตอนถัดไปสร้างคลื่นความถี่ที่ถูกซับซ้อนที่มีฟังก์ชั่นการใช้เครื่องมือ lineshape ห้วงเสียนโดยใช้รหัส aLabVIEW ขึ้นอยู่กับฟูริเยร์ได้อย่างรวดเร็วขั้นตอนวิธีการแปลง. ค่าสัมประสิทธิ์พหุนามพร้อมกับอุณหภูมิและความเข้มข้นของโมเลกุล (s) ได้รับการประเมินโดยใช้การไม่เชิงเส้นน้อย สี่เหลี่ยมพอดี (อัลกอริทึม Levenberg-Marquardt) ด้วยความช่วยเหลือของโปรแกรม LabVIEW โฮมเมด. รูป 5 แสดงให้เห็นที่วัดและสเปกตรัมจำลองของ CO 2% โดยปรับลดไนโตรเจนความดันทั้งหมด 1 ตู้เอทีเอ็มที่อุณหภูมิ 298 อัตราผลตอบแทนที่ดีที่สุด K.The พอดีความเข้มข้น 1.9% CO และอุณหภูมิของ 302 เคสิ่งที่ใส่เข้าไปในรูป 5 แสดงให้เห็นถึงแบบที่ดีของเส้นสเปกตรัมเดียว อุณหภูมิและความเข้มข้นของ CO สามารถประเมินได้อย่างถูกต้องในช่วงสเปกตรัมนี้เท่านั้นที่อยู่ใกล้อุณหภูมิห้องตั้งแต่ในช่วงนี้คลื่นความถี่ CO มีสายการหมุนด้วยตัวเลขควอนตัมในการหมุนจาก 13











แม้จะมีความยากลำบากในการประเมินอุณหภูมิสูงโดยใช้คลื่นความถี่โมเลกุล CO ในช่วงนี้ความเข้มข้นของ CO ยังสามารถได้รับการประเมินอย่างถูกต้องโดยใช้วัดค่าอุณหภูมิอิสระ ตัวอย่างเช่นเราสามารถแยกอุณหภูมิสเปกตรัม CO2 เป็นเนื้อหาดังต่อไปนี้ เพื่อที่จะประเมินความถูกต้องของการประเมินผลความเข้มข้นขั้นตอนที่เหมาะสมอีกครั้งสำหรับความเข้มข้นของ CO ตั้งแต่ 0.1-2% ของส่วนผสมที่มีไนโตรเจนที่ความดันบรรยากาศ ผลที่ปรากฎในรูป 6. วงเงินที่ต่ำกว่าความเข้มข้นของ CO ที่ใช้ในการทดลองนี้จะเรียกเก็บไม่ได้โดยความไวของวิธีการตรวจสอบ แต่ความถูกต้องของการควบคุมการไหลของมวลที่ใช้สำหรับก๊าซ CO supply.The สัญญาณต่อเสียงรบกวนอัตราส่วนที่ 2,000 ppm ความเข้มข้นของ CO เป็นเรื่อง 5. นั่นคือความเข้มข้นของ CO สามารถวัดได้ด้วยความไว 400 ppm ในช่วงสเปกตรัมนี้ โปรดทราบว่ามีความไวที่อุณหภูมิห้องจะดีในช่วงใกล้ 6375-1 ซม.
หนึ่งในข้อได้เปรียบที่สำคัญของ ICLAS และ FLICAS คือการควบคุม abilityto ความยาวของเส้นทางที่มีประสิทธิภาพ Leff และด้วยเหตุนี้ความไวโดยการเปลี่ยนเวลาการผลิต, TGen (ดูสม. (1)) มันเป็นไปได้สำหรับ TGen <TMAX ที่ TMAX ขึ้นอยู่กับกระบวนการที่ไม่ใช่เชิงเส้นต่าง ๆ ในเลเซอร์จึงเป็นเลเซอร์ประเภทที่เฉพาะเจาะจง TMAX ที่ยาวที่สุด? 200 มิลลิวินาทีก็แสดงให้เห็นสำหรับย้อมเลเซอร์ตาม ICLAS [19] ก่อนหน้านี้เราแสดงให้เห็นถึง [24] ที่อยู่บนพื้นฐานของ FLICAS Er3 + เจือเส้นใยเลเซอร์ซึ่งถูกนำมาใช้ในการทำงานปัจจุบัน TMAX? 200 หรือไม่? ดังนั้นความไวประสบความสำเร็จในการทำงานในปัจจุบันได้ดีขึ้นกว่าลำดับความสำคัญ อย่างไรก็ตามการสาธิตของความไวที่ดีที่สุดซึ่งได้แสดงให้เห็นแล้วก่อนหน้านี้อยู่นอกขอบเขตของงานนี้ ที่นี่เรามุ่งเน้นความสนใจของเราเกี่ยวกับความเป็นไปได้และข้อ จำกัด ของการวัดพร้อมกันของหลายชนิดพร้อมด้วยความมุ่งมั่นอุณหภูมิสเปกตรัมเดียวกัน.
ใน 6390-6400 ซม-1 ช่วงสเปกตรัมเส้น CO2 มีความอ่อนแอมากที่อุณหภูมิห้อง แต่ที่อุณหภูมิสูง (สูงกว่า 400 K) เส้นเหล่านี้สามารถนำมาใช้ในการตรวจวัดอุณหภูมิที่ถูกต้อง มะเดื่อ 7 แสดงให้เห็นถึงความพอดีของสเปกตรัม CO2 บันทึกที่ 970 K และรูป 8 สรุปผลของวิธีการประเมินผลของอุณหภูมิที่อุณหภูมิต่างๆนี้.
จะต้องมีการตั้งข้อสังเกตว่าการกำหนดอุณหภูมิในการทดลองที่อุณหภูมิสูงเป็นผลมาจากอุณหภูมิในเตาอบท่อ (ดูรูปที่. 2) โชคดีที่การดูดซึม CO2 ในช่วงสเปกตรัมนี้ลดลงอย่างรวดเร็วในขณะที่อุณหภูมิลดลงทำให้เราสามารถประเมินความยาวแสงที่แท้จริงของการดูดซับโมเลกุลที่อุณหภูมิเตาอบที่ระบุ เพื่อที่จะประเมินสิ่งที่ขอบเขตที่ไม่สม่ำเสมอของอุณหภูมิมีผลต่ออุณหภูมิที่มีประสิทธิภาพสกัดจากสเปกตรัม CO2 เราจำลองคลื่นความถี่นี้โดยใช้ฐานข้อมูลและรายละเอียด HITRAN อุณหภูมิที่แสดงในรูป 2. คลื่นความถี่ที่ได้รับการประมวลผลต่อไปโดยขั้นตอนดังกล่าวข้างต้นอธิบายการประเมินผล ค่าสกัดของ 952 K ค่อนข้างใกล้เคียงกับค่าเล็กน้อยจาก 973 เคดังนั้นเราจึงสามารถสรุปได้ว่า ~30 K นั้นการประมาณค่าที่เหมาะสมเพื่อความถูกต้องของความไม่แน่นอนที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานของ "น้อย" ค่าอุณหภูมิเตาอบ.
รูป . 8 การประเมินผลเปรียบเทียบอุณหภูมิจากสเปกตรัม FLICAS ของ CO2 อุณหภูมิเตาอบที่ระบุ กราฟนี้ยืนยันว่าความถูกต้องของการวัดอุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ± 50 K ในช่วงที่กว้าง (300-1100 K) อีกครั้งค่านี้รวมถึงความไม่แน่นอนในรายละเอียดความร้อนของเตาอบท่อ ความไวในการ CO2 ในช่วงสเปกตรัม 6390-6400 ซม-1 หยดเป็นอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วของฟังก์ชั่นพาร์ทิชันของ ในสถานการณ์ที่ความเข้มข้นของ CO2 ต่ำอุณหภูมิสามารถประเมินการใช้คลื่นความถี่ CO ในช่วง 6408-6418 ซม-1 ซึ่งเลเซอร์สามารถปรับได้อย่างง่ายดาย.
ช่วงนี้รวมถึง bandhead ของ R-สาขาของ rovibrational สเปกตรัมโคโลราโด (ดูรูปที่. 9) มันมีเส้น CO ควอนตัมที่มีตัวเลขการหมุนจาก J = 21 J = 47 ซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงในระดับต่ำพลังงาน E = ซม. 886-4300-1 ช่วงนี้มีความไวต่ออุณหภูมิที่ดีที่อุณหภูมิสูง โปรดทราบว่าอุณหภูมิและความเข้มข้นของ CO สามารถประเมินผลพร้อมกันในช่วงสเปกตรัมนี้.
รูป 10 แสดงให้เห็นถึงผลของการทดลองที่เราร้อนส่วนผสมของ CO2 50% และ 1% CO ที่ความดันบรรยากาศ 1 ที่อุณหภูมิ 773 เคโปรแกรมที่เหมาะสมใช้ฐานข้อมูล HITRAN สำหรับสาย CO และฐานข้อมูล HITEMP สำหรับสาย CO2 มันเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์ต่อไปนี้: อุณหภูมิความเข้มข้นของ CO และ CO2 และค่าสัมประสิทธิ์ของพหุนามที่เหมาะกับพื้นฐาน แม้จะมีการทับซ้อนระหว่าง CO และ CO2 รางรถไฟมันเป็นไปได้ที่จะดำเนินการพร้อมกันการตัดสินใจที่ถูกต้องค่อนข้างอุณหภูมิ (อัตราผลตอบแทนพอดี T = 767 K) และความเข้มข้นของโคโลราโด (อัตราผลตอบแทนที่เหมาะสม 1.0%) และ CO2 (อัตราผลตอบแทนที่เหมาะสม 53% ) นี้แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของอุณหภูมิพร้อมกันและ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

3 . รูปที่ 4 แสดงให้เห็นผลลัพธ์และการอภิปราย
ส่วน CO และ CO2 สามารถคำนวณโดยใช้ hitran [ 28 ] ที่อุณหภูมิห้องและที่ 1000 K .
สเปกตรัมช่วงที่แสดงในรูปนี้ได้ด้วยเลเซอร์ ที่ใช้ในงานนี้ ความเข้มข้นรวมของแต่ละความถี่ลดลงเมื่อเพิ่มอุณหภูมิ เนื่องจากการพึ่งพาของฟังก์ชันพาร์ทิชัน .และความเข้มของการดูดซึมสเปกตรัมทั้งหมดยังขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของแก๊ส ซึ่งไม่เป็นที่รู้จัก และต้องได้รับการพิจารณา ดังนั้น การวัดอุณหภูมิสามารถทำได้ตามความเข้มสัมพัทธ์ของเส้นหมุนต่างๆในสเปกตรัม นี้แสดงในรูปที่ 4 เป็นปกติ ดังนั้นความเข้มของตนทั้งหมดจะคล้ายกัน
เต็มสเปกตรัมช่วงที่แสดงในฟิค4 ได้ปรับเลเซอร์กับเลนส์ L3 , ตามที่อธิบายไว้ในส่วนที่ 2 บรอดแบนด์ของเลเซอร์ในการแก้ไข L3 ตำแหน่งครอบคลุมแคบสเปกตรัมของช่วง ช่วงสเปกตรัมที่ใช้ในงานวิจัยนี้จะแสดงเป็นเขตสีเทาสีเทาในรูปที่ 4 เราเลือกช่วงนี้ตามหลักเกณฑ์ ดังต่อไปนี้ ครั้งแรก มันต้องให้ปริมาณของ CO และ CO2 ความเข้มข้นพร้อมกัน ,กับความไวในการ จำกัด เนื่องจากความเข้มข้นของ CO2 สูงขึ้นอย่างมากในการใช้งานมากที่สุด ประการที่สอง ช่วงที่เลือกต้องให้วัดอุณหภูมิ และดังนั้น รวมถึงสายที่ทำตัวแตกต่างเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง
ช่วงสเปกตรัมที่ใช้ในงานวิจัยนี้สอดคล้องกับความต้องการเหล่านี้ ในช่วงนี้บริษัท สามารถวัดความไวสูงและอุณหภูมิที่สามารถถูกกำหนดจากสายการหมุนสูง J ตัวเลขใน CO2 สเปกตรัม ความเข้มของ CO ในช่วงสเปกตรัมสเปกตรัมนี้ประมาณ 20 เท่าสูงกว่าที่ของ CO2 ดังที่ได้กล่าวข้างต้น ถือว่าเป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานจริงมากมายที่สามารถตรวจพบร่องรอยของ Co มีด้านบนของพื้นหลังของ CO2 เด่น .
รูปที่ 4 แสดงให้เห็น hitran สเปกตรัมของก๊าซมีเทนที่อุณหภูมิห้องและที่ 1000 K . ที่ความเข้มสัมพัทธ์ของเส้นแตกต่างกันจะหากลุ่มเดียวกันที่ 2 อุณหภูมิ บนมืออื่น ๆ , ความรุนแรงทั้งหมดของสเปกตรัมจะลดลง โดยปัจจัยของ 13เนื่องจากการเพิ่มขึ้นแข็งแกร่งในฟังก์ชันพาร์ทิชันนี้ห้าอะตอมโมเลกุล เหตุผลสำหรับพฤติกรรมนี้เครื่องแบบแตกต่างจากการหมุนเส้นได้จะทำอย่างไรกับการขาดข้อมูลเกี่ยวกับลดระดับการใช้พลังงานของการเปลี่ยนมีเทนในช่วงสเปกตรัม ( ดูการอภิปรายรายละเอียดเพิ่มเติมในภายหลังในกระดาษ ) .
บรรทัดสเปกตรัมในการทดลองของเราเป็นวงกว้างเป็นหลักโดยการชนตั้งแต่การเป็นโฟโตลูมิเนสเซนต์ กว้างแคบกว่า collisional lorentzian อย่างน้อยเป็นปัจจัยที่ 5 ของแม้ที่ 1200 K . วิธีการที่เคย , เครื่องโฟโตลูมิเนสเซนต์บัญชีเพิ่มเติมขยาย ดังนั้นเราจึงใช้วิธีการจำลองการต่อไปนี้ หลังจากที่กำหนดเส้นเงาสเปกตรัมของโมเลกุลแต่ละตัวนี้ ด้วยความช่วยเหลือของ hitran [ 28 ] หรือ hitemp [ 29 ] ( สำหรับฐานข้อมูล CO2 ของ ) , รวมทั้งชนขยายและค่าเปลี่ยนสาย เส้นเข้ม S ( t ) ที่อุณหภูมิ t คำนวณตามเส้นเข้มที่อ้างอิง hitran อุณหภูมิ tref = 0 K :

( 3 ) เมื่อ E เป็นพลังงานของการเปลี่ยนแปลงระดับล่าง ,Q ( t ) คือ ฟังก์ชันพาร์ทิชันจาก hitran ฐานข้อมูลและ C2 เป็น secondradiation คงที่ = HC / K = 1.4388 ซม. . . wavenumber   ถูกต้องสอดคล้องกับบรรทัดสเปกตรัมถูกกำหนดโดยใช้ความดันกะıของช่วงการเปลี่ยนภาพ :
  ( 4 ) ดังนั้น สําหรับข้ามส่วน  (  ) จะได้รับโดย
( 5 ) ซม (   , T , P ,  ) คือฟังก์ชัน lineshape lorentzian และ P คือความดัน :

( 6 )และโฟโตลูมิเนสเซนต์ครึ่ง  ( P , t ) คำนวณโดยใช้  airfrom hitran :
( 7 )

1 N ) ขึ้นกับอุณหภูมิของอากาศขยายครึ่งความกว้างจาก hitran . ( เงา ) กับ 5 – 7 ลำดับพหุนาม . เบียร์ - แลมเบิร์ต ( อีคิว กฎหมาย ( 1 ) ถูกใช้เพื่อสร้างผลสเปกตรัม ในขั้นต่อไปสร้างสเปกตรัมถูก convoluted กับเครื่องมือ lineshape ฟังก์ชันโดยประมาณโดยเกาส์ โดยใช้รหัส alabview ขึ้นอยู่กับฟูเรียร์อย่างรวดเร็วแปลงสัมประสิทธิ์พหุนามขั้นตอนวิธี
พร้อมกับอุณหภูมิและความเข้มข้นของโมเลกุล ( s ) ถูกประเมินโดยใช้แบบกำลังสองน้อยสุดพอดี ( levenberg –มาร์ควขั้นตอนวิธี ) ด้วยความช่วยเหลือของโปรแกรม LabVIEW โฮมเมด
รูป .5 วัด และจำลองภาพสเปกตรัมของ 2% Co เจือจางโดยไนโตรเจนความดันรวม 1 ตู้ที่อุณหภูมิ 298 เคลวิน เหมาะสม ผลผลิตปริมาณ CO 1.9% และอุณหภูมิ 0 K .
ใส่รูปที่ 5 แสดงให้เห็นถึงพอดีกับที่ดีเยี่ยมของเดียวสเปกตรัมเส้น อุณหภูมิ และความเข้มข้นของ CO สามารถถูกต้องประเมินในช่วงสเปกตรัมนี้ใกล้อุณหภูมิห้องเนื่องจากในช่วงนี้มีสเปกตรัมประกอบด้วยเส้นหมุนเลขควอนตัมเชิงมุมจาก 13 < J < 21 รัฐเหล่านี้สอดคล้องกับพลังของการเปลี่ยนแปลงในระดับล่าง ซึ่งน้อยกว่า 37 cm − 1 ที่อุณหภูมิสูงสายการหมุนในช่วงนี้มีความเข้มเกือบเท่ากัน ดังนั้น จะไม่เหมาะสมสำหรับการประเมินอุณหภูมิ .
แม้จะมีความยากลำบากในการประเมินอุณหภูมิสูงโดยใช้ CO โมเลกุลสเปกตรัมในช่วงนี้ มีความเข้มข้น ยังคงสามารถประเมินได้อย่างอิสระโดยใช้วัดค่าอุณหภูมิ . ตัวอย่างเช่นเราสามารถแยกอุณหภูมิจาก CO2 สเปกตรัมตามที่อธิบายด้านล่าง เพื่อประเมินความถูกต้องของการประเมินขั้นตอนที่เหมาะสมทำซ้ำ CO ความเข้มข้นตั้งแต่ 0.1 ถึง 2 % ของการผสมกับไนโตรเจนที่ความดันบรรยากาศ ผลลัพธ์แสดงในรูปที่ 6 ซึ่งขีดจำกัดความเข้มข้นของ CO ที่ใช้ในการทดลองจะถูกกำหนดโดยความไวของวิธีการตรวจ แต่ความถูกต้องของการไหลควบคุมใช้สำหรับ Co แก๊สซัพพลายสัญญาณที่อัตราส่วนความเข้มข้น 2000 ppm CO ประมาณ 5 คือ ความเข้มข้นของ CO สามารถวัดความไวของ 400 ppm ในช่วงสเปกตรัมนี้ ทราบว่า ความไวในอุณหภูมิห้องจะดีขึ้นในช่วงใกล้ 6375 cm − 1 .
หนึ่งในข้อดีที่สำคัญของ iclas และ flicas คือการควบคุมที่มีประสิทธิภาพ ทั้งในเส้นทางที่ยาวและดังนั้นความไวโดยการเปลี่ยนรุ่น เวลา tgen ( เห็นอีคิว ( 1 ) มันเป็นไปได้สำหรับ tgen < เวลาที่เวลาขึ้นอยู่กับกระบวนการเชิงเส้นต่างๆในเลเซอร์จึงเป็นประเภทเลเซอร์ที่เฉพาะเจาะจง การ  Tmax ยาว 200 ms ) สำหรับเลเซอร์สีใช้ iclas [ 19 ] ก่อนหน้านี้เราเห็น [ 24 ] เพื่อ flicas ตาม er3 เจือไฟเบอร์เลเซอร์ ซึ่งถูกใช้ในงานปัจจุบันเวลา  200  sดังนั้น ความสำเร็จในงานปัจจุบันจะดีขึ้นมากกว่าคำสั่งของขนาด อย่างไรก็ตาม การสาธิตของความไวสูงสุด ซึ่งได้แสดงให้เห็นก่อนหน้านี้ออกจากขอบเขตของงานนี้ที่นี่เรามุ่งเน้นความสนใจของเราเกี่ยวกับความเป็นไปได้และข้อจำกัดของการวัดพร้อมกันหลายชนิด พร้อมกับการกำหนดอุณหภูมิจากช่วงเดียวกัน
ใน 6390 – 6400 cm − 1 สเปกตรัมช่วง ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นสายที่อ่อนแอมากที่อุณหภูมิห้อง อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิสูง ( สูงกว่า 400 K ) สายเหล่านี้สามารถใช้สำหรับการกำหนดอุณหภูมิที่ถูกต้อง ภาพประกอบ