激光粉尘浓度测量系统中关键参数的分析设计

在利用光透射法进行粉尘浓度的测量中,光源波长和吸收层厚度是非常关键的参数,它们共同决定了测量系统的浓度测量范围.介绍了基于光透射理论的激光浓度测试系统,对其关键参数的选取和计算进行了研究,并着重分析了光源波长和吸收层厚度对浓度测量范围的影响,利用计算机仿真,给出了激光浓度测量系统光源波长、吸收层厚度等关键参数的参考值.最后通过实际测量,对其进行了验证.     

利用紫外 LED 光源测量 SO2气体浓度

采用LED作为探测光源,可以进一步降低SO2检测设备的成本,增加其使用寿命。以中心波长为300 nm的紫外LED为光源,基于SO2的吸收光谱特性,建立了光学吸收参量与SO2浓度之间的理论模型。试验表明,采用新的数据处理方法进行SO2气体浓度评价,可以显著降低光源及探测器电子噪声对测量结果的影响,当信噪比等于2时其检测限可达0.2μL/L,通过长时间的浓度测量验证了该检测方法的稳定性及精确性。     

基于有源气室结构的光声光谱技术

针对基于光声光谱技术的变压器油中溶解气体在线监测系统存在光声池体积庞大、光源校准工艺复杂、斩波器调制技术影响稳定性等问题,提出了一种基于有源气室结构的光声光谱技术,构建了有源气室结构的光声光谱检测实验装置,对有源气室光声池、共振管、麦克风、光电探测器进行了一体化设计,并利用实验装置对不同体积分数的C2H2、CH4、CO气体进行了测量。实验和现场运行的结果表明:3种气体的光声信号与待测气体体积分数间线性拟合度可达0.998 9、0.999 9、0.998 4,气体体积分数检测下限可达到0.5×10-6,平均测量偏差2%;采用基于有源气室结构的光声光谱技术,免去了光准直镜的影响,简化了光源校准工艺,提高了光源强度;同时,结合波长数字调制方式,避免了机械斩波器的使用,实现了光声检测系统的小型化,提高了测量精度和运行稳定性。理论和实验结果为光声光谱在线监测系统的工程应用提供了技术支持与方法参考。     

可调谐激光遥测甲烷浓度的研究

介绍了1种基于光谱吸收技术实现遥测矿井瓦斯浓度的测量系统.方案主要采用了波长调制光谱技术和二次谐波检测技术.通过理论分析,激光的中心波长设定为1 654 nm,把激光频率锁定在甲烷气体的强吸收带,发射的激光透射过被测气体区域,经目标物体反射至透镜,然后由系统接收.为了克服激光光强受背景气体、粉尘等因素所造成的衰减,以至...     

激光拉曼光谱应用于变压器油中溶解气体分析

变压器油中溶解气体在线监测是实施变压器状态检修的重要手段之一。激光拉曼光谱技术能直接使用单一频率的激光对混合气体进行非接触式的测量,符合在线监测的要求。利用激光拉曼光谱对变压器油中溶解气体进行分析,能克服传统在线监测方法的诸多不足。对激光拉曼光谱在变压器油中溶解气体分析中的应用进行了研究。分析了变压器油中7种主要故障特征气体(H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2)的拉曼特征频谱,并阐述了基于特征频谱和最小二乘法对7种特征气体进行定性定量分析的方法。利用共聚焦拉曼技术和镀银石英玻璃管制成的气体样品池,构建了激光拉曼光谱气体分析试验平台。结合平台研究了7种故障特征气体的拉曼光谱检测特性,并与实验室气相色谱法的测量结果进行了对比。对比结果表明,激光拉曼光谱能有效地对变压器油中溶解气体进行定量分析,为变压器油中溶解气体的拉曼光谱在线监测奠定了基础。     

差频产生中红外光源及甲烷气体光谱检测

连续波可调谐中红外光源在大气探测、工业生产、医学诊断等领域具有重要的应用价值。基于准相位匹配(QPM)差频产生(DFG)技术,以1060和1550nm波段窄线宽激光器作为基频光源,在周期极化铌酸锂(PPLN)晶体中获得了中红外激光输出。实验系统研究了该中红外DFG光源的转化效率、温度和波长调谐特性。在此基础上,基于所设计的中红外DFG光源构建了甲烷气体检测系统,通过扫描泵浦光波长获得了甲烷分子v3基频振动带2 999.01cm~(-1)处的吸收光谱。     

利用可调谐半导体激光吸收光谱技术对气体浓度的测量

运用可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术可以实现燃烧生成污染物的实时动态在线测量。该文给出了利用TDLAS技术进行测量的基本原理。通过建立CO2在6359．97cm^-1处的吸收谱线模型，并结合HTRAN高精度迁移分子吸收数据库相关参数，讨论了激光扫描步长、温度、压强和光谱吸收率随机误差对于气体浓度测量的影响，并且分析了最小可探测浓度随温度、压强的变化情况。结论可为实际应用及进一步研究提供参考。     

半导体激光二极管的电流调制与驱动

为了提高基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)的气体检测系统的精度,通常选用可电流调谐的分布反馈激光器(DFB LD)作为光源,以保证输出中心波长与被测气体吸收峰的高度匹配。结合朗伯—比尔定律与气体吸收谱线理论确定合适的吸收谱线与吸收范围。以FPGA为主控芯片,搭建有稳定电流设计的硬件驱动电路,产生叠加于直流的正弦调制信号与三角波扫描信号。实验结果表明：此方法可以锁定激光器中心波长,使之稳定地与气体吸收峰相匹配,电流稳定度为2×10_-2。改变驱动电流进而改变激光器中心波长,该方法亦可以用于CH₄,NO₂等气体的检测。     

基于QEPAS检测氨气痕量气体的研究

痕量氨气(NH_3)检测在大气质量监测和人类疾病预防等方面具有重要意义,然而现有氨气检测方法难以满足当前需求。针对石英增强型光声光谱技术(quartz enhanced photoacoustic spectroscopy,QEPAS)具有灵敏度高、监测实时性好、环境噪声免疫性高等优点,该文在阐述检测原理的基础上,选用中心波长为1531.65 nm的分布反馈式激光器(distributed feedback laser,DFB)作为光源,室温下氨气标准气体作为被测对象,搭建了基于QEPAS的NH_3气体检测系统。该系统确定了谐振管的尺寸和位置,优化了激光滤波准直光路,并结合波长调制与谐波检测技术,实现了氨气浓度的检测。检测结果表明,QEPAS系统的二次谐波信号与NH_3浓度具有良好的线性关系。该系统的检测极限精确度为146 ppb,稳定响应时间约为40 s,4小时连续检测相对误差为2.34%。     

变压器油中甲烷气体的光声光谱检测方法

甲烷(CH4)是变压器油中溶解的一种可用于变压器早期故障诊断的特征气体。光声光谱技术是基于光声效应的一种新型微量气体检测技术,具有灵敏度高,选择性好,动态检测范围大等优点。该文基于光声光谱技术的基本原理,利用分布反馈半导体激光器构建一种便携式、可调谐的光声光谱装置,借助该装置研究光声信号与激光功率、CH4浓度之间的关系,及CH4的2v3带R(3)支的高分辨光声光谱;该装置对CH4的检测灵敏度达到5.05 mL/L。理论与实验结果为CH4的光声光谱在线监测及高灵敏度可调谐光声光谱仪的设计提供了参考。     

基于可调谐激光吸收光谱技术的硫化氢检测方法研究

硫化氢气体在线监测对于控制其泄漏风险、保护环境十分重要。可调谐激光吸收光谱技术具有灵敏度高,速度快,特异性强等优点,在气体在线检测领域具有十分广阔的应用前景。研究了基于可调谐激光吸收光谱技术的硫化氢气体检测方法,及针对测量条件变化的校正方法。测量系统采用温度与电流调谐两种方式,不仅扩展了调谐范围,并且保证了调谐速率与稳定性,在锁相检测技术基础上,实现了气体吸收信号二次谐波分量提取。分析了气体压力与温度对于吸收光谱测量影响,提出了基于参数拟合的校正方法。实验结果表明,所研究的检测系统可实现硫化氢气体高灵敏检测,校正方法可有效消气体温度、压力等条件变化对于建模预测结果的影响。     

变压器油中溶解气体光声光谱检测的温度特性

气体光声光谱检测技术能很好地应用于变压器油中溶解气体的在线监测。温度是光声光谱检测的重要影响因素之一。论文基于光声光谱技术的基本原理,利用分布反馈半导体激光器构建了一种便携式、可调谐的光声光谱装置;在分析光声池声学理论的基础上,结合实验探讨了温度对光声池池常数、谐振频率以及气体吸收系数的影响。以变压器油中主要特征气体C2H2进行实验分析,得到了乙炔气体光声信号与温度之间的关系曲线,理论及实验结果为进一步完善油中气体光声光谱在线监测系统奠定了重要基础。     

基于分布反馈半导体激光器的CO气体光声光谱检测特性

一氧化碳(CO)是变压器油中溶解的主要故障特征气体之一,能有效反映运行电力变压器中油纸绝缘的放电及老化;而光声光谱(photoacoustic spectroscopy,PAS)技术能够应用于变压器油中溶解气体的在线监测。基于光声光谱检测原理,利用分布反馈(distributed feedback,DFB)半导体激光器搭建了CO气体光声光谱检测平台,选择1.567m的CO分子谱线为研究对象,实验研究了DFB半导体激光器的辐射特性和CO气体的光声光谱响应特性,分析了光声信号与激光功率、气体浓度的关系。结果表明:在气体吸收未发生饱和效应的条件下,光声信号与激光功率、气体浓度均具有良好的线性关系。该研究结果为变压器油中气体光声光谱的在线监测奠定了基础。     

基于DDS技术的可调谐二极管激光器调制电路设计

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术由于其高灵敏度、高分辨率、快速响应及非接触式遥测等诸多优点而被广泛应用于环境、工业安全和过程控制等领域,但是,目前还没有通用的TDLAS系统调制电路.本文介绍了基于DDS技术的、适用于各种TDLAS系统的通用调制电路设计.主要设计思想是使用单片机控制DDS和D/A芯片,得到系统所需的正弦和锯齿波信号.经实验证明,该电路输出信号稳定度高、噪声小,能够满足调制激光器的要求.同时也可作为高精度的频率信号源,应用于各种电子测量设备中.     

基于光声光谱的变压器油中多组分气体检测方法

油中溶解气体对变压器早期潜伏性故障的诊断具有重要作用。光声光谱技术是基于光声效应的一种新型微量气体检测技术,基于光声光谱技术的基本原理,以甲烷和乙炔为例,对变压器油中多组分故障特征气体的光声光谱检测方法进行研究。提出的基于分布反馈半导体激光器的光声光谱检测装置具有选择性好、检测范围大的优点,提出的基于最小二乘回归的多组分气体光声定量方法不需要池常数、气体吸收系数等参数,因而避免了这些参数引入的误差。实验结果表明,提出的方法能够有效地检测出多组分故障特征气体,为光声光谱技术的工程应用提供了方法参考。     

Tunable diode laser spectroscopy at 1.6 and 2 μm for detectionof Helicobacter pylori infection using 13C-urea breath test

Tunable diode laser spectroscopy has been applied to diagnosis of Helicobacter pylori by detecting the ¹³CO₂ to isotope ratio in human breath. A number of line pairs in the 1.6- and 2.0-μm band suitable for isotope ratio detection has been investigated in terms of temperature and pressure stability of the detected isotope ratio. Two wavelength modulated diode laser absorption spectrometers (WMS), one in each band, were set up to find the detection limit in isotope abundance difference. Isotope ratio measurements have been performed on ¹³CO₂ enriched gases with isotope ratios calibrated against an isotope ratio mass spectrometer (IRMS). The agreement between the delta values measured with the WMS technique and the IRMS was excellent. Eight breath samples from otherwise healthy volunteers were simultaneously analyzed by IRMS and the present method for possible infection with Helicobacter pylori