Системы измерения лазерного поглощения: проблемы, моделирование и оптимизация конструкции

Лазерная абсорбционная спектроскопия (LAS) представляет собой перспективный диагностический метод, обеспечивающий высокополосное измерение концентраций отдельных компонентов, высокую видовую избирательность и высокую количественную точность. В данном обзоре предлагаются общие рекомендации с точки зрения проектирования сенсорных систем LAS для количественной диагностики компонентов в условиях, связанных с горением. Сначала приводится краткий обзор характерных пределов обнаружения и полос пропускания, достигнутых в различных сценариях измерений, чтобы определить потребности измерений и целевые параметры конструкции. Обсуждаются и сравниваются различные схемы измерений, включая спектроскопию прямого поглощения (DAS), спектроскопию с модуляцией длины волны (WMS) и их варианты, с точки зрения их преимуществ и ограничений. На основе анализа основных источников шума, включая электронный, оптический шум и шумы окружающей среды, систематизируются и сравниваются стратегии снижения шума и оптимизации конструкции. Рассматриваются различные подходы к оптимизации параметров управления лазером и алгоритмы обработки данных, такие как выделение базовой линии, лазерная характеристика in situ и вейвлет-анализ. Между современными возможностями сенсоров и требованиями исследований в области диагностики процессов горения и двигателей по-прежнему существует значительный разрыв. Это требует глубокого понимания фундаментальных принципов работы сенсорных систем LAS с точки зрения оптики, спектроскопии и обработки сигналов.