基于TDLAS技术的N_2O气体检测系统设计

基于红外光谱吸收及谐波检测原理,讨论了谐波信号和气体浓度关系,搭建了基于可调谐激光吸收光谱技术的气体检测系统。该系统采用低频锯齿波和高频正弦波联合调制激光器,并由锁相放大电路提取一次谐波和二次谐波信号幅值,以STM32F103VB控制器为核心,进行数据处理与数据上传,实现对0~0.1%浓度范围氧化亚氮(N_2O)气体实时测量。首先,介绍了系统的总体设计与核心结构,包括系统的硬件结构与软件结构;并进行了系统的标定和性能测试,结果表明二次谐波和一次谐波信号幅值比与浓度具有良好的线性关系,检测精度可达20×10~(-6),满足对N_2O气体实时监测的需求。     

痕量N2O气体检测系统的设计与实现

建立了基于光谱吸收技术的检测系统,用于快速、准确地测量N2O气体浓度。首先,从理论上证明了二次谐波、一次谐波与N2O气体浓度之间的关系;然后,设计了痕量N2O气体浓度检测系统,利用光源调制、锁相放大等技术,实现了强杂波背景下气体浓度弱信号的解析;最后,实验测试了系统的检测性能、抗干扰能力及检测结果的可重复性。测试结果表明,系统能够在0～1%有效检测N2O气体浓度,检测下限为5.0×10-5,相对检测误差为0.11%,检测结果线性方程为Y=192.699 09 X-0.006 24,线性度为0.998 07。多次检测实验表明,系统相对标准偏差为0.137%,CO2、O2、水蒸气等常见气体对检测结果无影响。改变激光器的中心波长,该方法亦可用于CO2,CH4等其它温室气体的检测。     

应用单一超窄线宽激光器的多气体检测系统设计

应用超窄线宽半导体激光器的波长扫描和光谱调制技术,设计了一种高精度多组分气体实时在线检测系统.系统采用单一超窄线宽可调谐半导体激光器作为光源,设计了新型串联式气室结构减小横向空间、增加光程长,并通过三角波信号对光源光谱进行调制;结合时分复用和空分复用技术,利用超窄线宽激光的特性实现了CO,CO2,CH4多组分气体浓度的...     

种子呼吸CO2浓度检测系统

针对传统种子呼吸CO_2浓度检测方法中检测精度低的问题,为了满足测量需要,提出一种采用可调谐二极管激光器吸收光谱技术的种子呼吸测量系统方案。该系统是由多次反射池结构的种子呼吸容器、分布反馈式激光器及其控制电路、光电转换及放大电路、数据采集电路、上位机软件等构成,设计种子呼吸容器其空间体积为1.5L,激光器光源采用2 004nm波段,多次反射池光程为16m。然后,基于朗伯比尔定律,通过波长调制吸收光谱技术,利用二次谐波实时反演出种子呼吸过程中产生CO_2气体的浓度。测试结果显示:种子呼吸CO_2浓度测量的稳定重复性为0.033%,CO_2浓度的线性拟合度为0.999 38,CO_2浓度检测极限为1.7ppm。通过实验对糯玉米种子进行检测,获得20g玉米种子呼吸的变化曲线,其12h内变化量为2 750.5ppm,呼吸速率为229.2ppm/h,实验结果表明该系统能解决种子呼吸CO_2浓度无法连续性测量、浓度检测精度低等问题。     

基于波长调制技术的甲烷气体浓度检测的研究

与谐波检测相结合的波长调制技术是目前检测有害气体的主要方法。主要是用实验的方法找到了甲烷气体在1 650 nm附近的一根吸收线,然后采用正弦信号对激光器的驱动进行了调制,实现了甲烷气体浓度的谐波检测。用锁相放大器RS830来提取二次谐波,然后根据锁相放大器的原理,用LabVIEW软件实现了锁相放大器的设计,来提取一次谐波信号,节约了成本。由气体吸收室中的GRIN透镜引起的标准具效应是影响检测灵敏度的主要原因,最后对该噪声和其他可能的影响进行了分析。     

基于光谱吸收型光纤瓦斯探测传感器的研究

为了改善瓦斯传感器的测量灵敏度和误差,根据光谱吸收原理和谐波检测技术,采用分布反馈式半导体激光器(DFB LD)为光源,光电二极管为探测元件,设计了以锁相放大器为核心的光纤瓦斯探测传感器系统.采用单光路传输和光源调制技术实现瓦斯气体的谐波检测.根据二次谐波和一次谐波比值与瓦斯浓度的关系,拟合出二者的线性关系曲线,在理论和实验上均证明了该传感器具有较高的探测灵敏度和重复性,测量误差较小,为其在矿井瓦斯浓度预警奠定了应用基础.     

基于TDLAS的二氧化碳浓度检测系统及压强补偿研究

在利用可调谐二极管激光吸收光谱技术测量二氧化碳气体浓度的过程中,气体压强的变化会对吸收谱线展宽、波长调制系数和二次谐波信号幅值产生影响。基于可调谐二极管激光吸收光谱技术,在不同的压强下利用二次谐波峰峰值和一次谐波平均值测量二氧化碳气体的浓度,通过压强补偿抑制气室内压强变化所带来的测量误差。实验结果表明:利用压力补偿后系统的测量误差在2%以内,可以有效地抑制气体压强变化的影响,提高二氧化碳气体浓度测量的精度。     

基于谐波检测技术的多点光纤乙炔气体传感器

基于乙炔气体近红外吸收的机理,研究了一种以DFB LD为光源的高灵敏度光谱吸收型乙炔气体多点检测系统.采用光源调制实现气体浓度的谐波检测,利用二次谐波与一次谐波的比值来消除光路干扰.采用空分复用技术实现多点气体浓度的检测,使多个传感器共用一个光源,降低了成本.建立了谐波检测的数学模型,给出了乙炔气体的测量结果.测试结果表明:系统灵敏度和稳定性高,重复性好,适应性强.     

基于差分吸收的H_2S气体浓度检测系统

石油和天然气开采过程中,H_2S气体浓度很低,很难精确检测,直接吸收检测H_2S的方法虽然容易实现,但是由于光源不稳定,检测精度偏低。文中采用差分检测系统检测H_2S气体浓度,并介绍该系统的基本原理,建立了H_2S气体检测的数学模型。整个系统采用LED作为光源,为提高检测精度,先将光源输出的光波进行滤波。然后采用差分吸收检测方法,用光纤布拉格光栅进行滤波和调制,得到2种不同波长的光源,通过锁相放大技术得到2个幅值信号。将2个幅值信号相除得到H_2S气体浓度检测的仿真结果。结果表明,光纤光栅滤波与差分吸收检测系统相结合的方式,减小了由温度不稳定、光源波动、光路强弱等引起一系列误差,提高了检测气体的精确度。     

基于半导体激光器的乙炔气体光声光谱检测及其定量分析

油中溶解乙炔是变压器等油浸式电气设备早期放电性故障的重要特征气体。基于半导体激光器的光声光谱传感技术具有灵敏度高,选择性好等优点,能很好地应用于微弱气体检测中。论文构建了基于分布反馈半导体激光器光声光谱检测装置,并分析了光声池的特性参数;实验研究了光声信号与激光功率、乙炔气体浓度之间的关系;并借助激光器的波长调制特性,研究了乙炔分子在近红外区第一泛音带1.5μm附近的光声光谱;提出了一种基于最小二乘回归的光声光谱定量分析方法。理论和实验结果为乙炔的光声光谱在线检测及高灵敏度可调谐光声光谱仪的设计提供了参考。     

一次谐波锁频的快速光腔衰荡光谱检测

本文介绍了一种赫兹级响应速率的光腔衰荡光谱探测大气痕量气体的检测技术.将100 MHz正弦波调制信号加载在电光相位调制器上产生边带,用混频器提取载波与边带通过3m气体吸收池后拍频所产生的一次谐波作为误差信号,实现了1572 nm分布式反馈激光器对于二氧化碳气体分子6361.25 cm-1处超精细跃迁线的频率锁定.采用波...     

基于二次谐波检测技术的智能瓦斯监测系统

提出了一种基于光谱吸收原理的瓦斯检测方法,即二次谐波检测法.在瓦斯检测过程中,一次谐波作为误差反馈信号,将光源的波长精确的锁定在瓦斯气体的吸收峰值上,二次谐波信号用于检测气体浓度,利用二次谐波和一次谐波的比值来消除由于光源的不稳定和变化等所引起的检测误差,提高了瓦斯检测系统的可靠性,减少了安全隐患,在一定程度上,避免了矿井事故的发生.     

油中溶解C2H4气体的光声探测

光声光谱气体分析技术灵敏度高,不消耗被测气体,克服了传统的变压器检测的气相色谱分析方法的缺点。文中采用了光声光谱法对C2H4气体进行探测,论述了光声信号的产生原理,用CO2激光器作光源对C2H4气体浓度进行了测量,证实了该技术在油中溶解气体浓度测量中的实用价值。     

基于剩余幅度调制技术对强吸收下气体体积分数的测量研究

在可调谐半导体激光吸收光谱技术中,可利用剩余幅度调制信号实现对气体参数的免标定测量。然而现有RAM方法均需做弱吸收假设和简化,同时引入复杂的修正函数以提取完整的透射率信号用于气体浓度反演。针对此问题,建立了适用于任意吸光度和调制系数下的傅里叶光谱吸收模型,提出了直接对背景信号归一化的一次谐波Y分量进行拟合的免标定算法,减少了重建吸光度引入修正函数的过程。使用CH4为目标气体进行实验,体积分数计算的相对误差小于2%,标准偏差均小于4×10-2%,验证了该方法的可行性。     

基于LabVIEW的光纤甲烷气体检测系统研究

基于比尔-朗伯(Beer-Lambert,B-L)定律研究了光谱吸收式光纤甲烷气体检测技术,采用谐波检测方法研究空芯光子光纤的甲烷气体检测技术提高精确度和灵敏度,并对检测过程中的温度、驱动电流因素进行优化。设计多间隙耦合空芯光子光纤气室进行空芯光子光纤的甲烷检测,提高了系统检测的灵敏度。利用LabVIEW软件进行虚拟仪器设计,进行甲烷浓度波形显示,构建基于LabVIEW的虚拟仪器的数据采集系统。实验结果表明甲烷浓度与检测信号呈现出良好的线性关系。     

光谱吸收型光纤一氧化碳传感器

基于气体分子的近红外光谱吸收机理,研究一种可以检测一氧化碳的光纤气体传感器.对窄带光源DFB LD进行正弦波调制,建立差分吸收的数学模型,利用谐波技术实现气体浓度的检测.系统采用差分结构有效消除了光源光强噪声干扰以及光电器件的零点漂移.实验结果表明,传感器性能稳定、灵敏度高、重复性好,并且不受其它气体的干扰.     

软件控制吸收型光纤气敏传感器

研究了一种易于实现的软件控制光谱吸收型光纤气体传感器.采用LED作为光源,利用可调谐法布里-珀罗腔的选频特性进行检波,并采用谐波检测,大大提高了检测的灵敏度.同时采用多光路设计和软件控制相结合,在线检测多种气体,克服了以往气体传感器只能检测一种气体的缺点,大大增加了传感器的适用性.     

基于GFC的非分散红外CH_4和C_2H_2气体检测系统

基于甲烷气体和乙炔气体近红外吸收的机理,研究了一种高灵敏度非分散红外系统,同时测量甲烷气体和乙炔气体浓度.系统采用折反式吸收池作为气室,结合先进的气体滤波相关技术和相关检测技术,实现了对微弱光谱信号的调制和检测,最后实现对浓度的反演,从而实现了甲烷和乙炔气体实时测量.试验结果表明:系统具有10~(-5)的测量分辨力.     

光纤多气体检测系统的研究

采用光纤光栅波分复用技术,通过光纤光栅和压电陶瓷对LED进行波长调制,获得与气体吸收峰对应的窄带反射出射光,检测二次谐波,实现多气体浓度检测.建立了谐波检测的数学模型,进行了C2H2和CO测量系统的研究.     

利用光纤甲烷气体传感器实现井下气体的分布式测量

光纤气体传感器是一种新型传感器,通过研究,提出一种基于谐波检测的高灵敏度光谱吸收型光纤甲烷气体传感器。系统光源为DFBLD,利用二次谐波与一次谐波的比值来消除由光源的不稳定和变化所引起的检测误差。采用时分复用技术,实现对井下气体的分布式检测。实验结果表明：基于光谱吸收原理的光纤甲烷传感器系统性能较为稳定,灵敏度较高,测量范围宽,重复性较好,适合于检测煤矿井下瓦斯含量的分布式测量。