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Ein NIR-Diodenlaser-gestütztes Absorptionsspektrometer zum simultanen In-situ- Nachweis mehrerer Spezies und der Temperatur und die erstmalige simultane In-situ- Erfassung aller Majoritätsspezies und der Temperatur im Brennraum eines industriellen Verbrennungsprozesses wird beschrieben. Haupteinsatzzweck des Gerätes ist die aktive Kontrolle chemischer Prozesse oder z.B. die Überwachung der schnellen Lastwechsel in Verbrennungsanlagen. Im Spektrometer werden insgesamt drei Diodenlaser bei 760nm, 812nm und 1,65µm eingesetzt um O2, H2O, CH4und CO2innerhalb des gleichen Messvolumens zu erfassen. Die Temperatur wird simultan aus dem Mehrlinienspektrum von Wasser bei 812 nm bestimmt. Um die starken Deformationen der Kesselwände zu korrigieren, wurde zusätzlich ein in-situ-taugliches System zur automatischen Nachführung und Stabilisierung der Laserstrahllage entwickelt und erfolgreich eingesetzt. Mit diesem Spektrometer gelang es, einen kompletten An- und Abfahrvorgang eines 1000- MWth-Gaskraftwerkes mit einem Brennraumdurchmesser von 10m zu überwachen. Die Zeitauflösung betrug dabei 1,6s, die kleinste nachweisbare molekulare Absorption lag im Bereich von 10–4bis 10–3optische Dichte. Methan, das für die schnelle Erfassung von Zündverzögerungen entscheidend ist, konnte unter Verbrennungsbedingungen mit einer Nachweisgrenze unter 100 ppmV und einem dynamischen Bereich von mehr als zwei Größenordnungen nachgewiesen werden.

In vielen industriellen Anwendungen besteht ein großer Bedarf an einem rein optischen und damit korrosionsfesten Nachweis von Sauerstoff. Für diesen Zweck wurde ein hochempfindliches, extraktives, lasergestütztes Zweistrahl-Absorptionsspektrometer mit nur 200 mm Absorptionslänge zum O2-Nachweis im Bereich des A-Bandes bei 760 nm entwickelt und mit verschiedenen Lasertypen getestet. Mit einem Vertical-Cavity-Surface-Emitting-Laser mit 670 µW optischer Leistung wurde auf der R11 R11-Linie bei STP eine exzellente Linearität (R = 0,9999) und eine Nachweisgrenze von 35 ppmV O2erreicht. Das entspricht einer optischen Dichte von 7 · 10-7und ist nur noch einen Faktor 3 von der Schrotrauschgrenze entfernt. Die normierte Spektrometerempfindlichkeit beträgt damit 7,6 ppmV · m · mW1/2· s1/2. Über Zeiträume von bis zu 10 Stunden betrug die Stabilität 65 ppmV. Das gleiche System wurde mit einem neuartigen Distributed-Feedback-Laser im externen Planresonator gekoppelt, um bei ? = 1,65 µm CH4mit einer Empfindlichkeit von 600 ppb · m nachzuweisen.