可调谐二极管激光吸收光谱技术在探测灵敏度上的探讨

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是利用二极管激光器波长调谐特性,获得被测气体在特征吸收光谱范围内的吸收光谱,从而对污染气体进行定性或定量的分析的一种技术方法.在对痕量气体的监测时一般会采取一定的措施去克服直接吸收型气体传感器的缺陷,提高检测精度.文中概述了TDLAS技术的研究现状,针对近年来国内外出现的基于可调谐二极管激光吸收光谱技术在减小系统干扰,提高探测灵敏度的技术措施,从系统结构处理,调制解调技术,检测装置的处理,检测信号的处理等多个方面作了深入的研讨.     

可调谐激光吸收光谱技术监测燃烧中CO检测方法比较

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是利用二极管激光器的波长调谐特性,获得被选定的待测气体特征吸收谱线的吸收光谱,从而对待测气体进行定性或定量分析.TDLAS技术与开放式的多次反射池相结合,分别利用二次谐波探测方法和自平衡加波长调制的新型检测方法,测量了酒精喷灯火焰的CO浓度.测量结果表明,自平衡加波长调制的新型检测方法与二次谐波检测方法相比,不仅使检测限提高了16.3倍,还有效地消除了激光器、火焰的光强波动影响,可以应用在燃烧控制及喷焰气体CO浓度测量等多个领域.     

可调谐二极管激光吸收光谱法监测环境空气中甲烷的浓度变化

可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术是利用二极管激光器波长调谐特性，获得被测气体在特征吸收光谱范围内的吸收光谱，从而对污染气体进行定性或定量分析。通过该方法对环境空气中甲烷（CH4）的含量进行了长时间的监测。以室温下工作的近红外可调谐半导体激光器作为光源；使用多次反射池增加吸收光程来提高检测灵敏度；并且使用了二次谐波检测技术进一步降低了检测限，使检测限低于0.087mg／m^3，满足了对环境空气中甲烷进行监测的需要。     

基于可调谐半导体激光吸收光谱的CO检测仪设计

为了能够实时检测出矿井下一氧化碳(CO)浓度,减少煤矿中毒事件,设计了采用可调谐半导体激光器的CO检测仪。采用波长调制光谱(WMS)与可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)相结合的气体检测技术,将检测信号从低频区域搬到高频区域,然后采用相关技术完成谐波信号的提取,从而检测出CO浓度。实验结果表明,检测下限达到12ppm,能够检测矿井下CO浓度。     

基于EMD的中红外TDLAS检测低浓度NO优化方法研究

为了实现低浓度NO的高灵敏检测,选用中心波长位于5.18μm的量子级联激光器(QCL)和光程为25 cm的单光程气体池,设计并搭建了NO的可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)检测系统.为降低系统噪声的影响,以提高NO的检测灵敏度,并降低检测下限,研究了对波长调制光谱(WMS)的二次谐波(2 f)信号进行滤波降噪的经验...     

近红外激光吸收光谱测量火焰中CO2气体浓度

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是利用二极管激光器的波长调谐特性,获得被测气体特征吸收光谱范围内的吸收光谱,实现气体的定量分析.这种方法具有高灵敏、高选择性、快速响应、在线测量等诸多优点.介绍了利用TDLAS技术测量火焰中二氧化碳浓度的实验方法,并对消除燃烧中气体湍流造成光强波动的方法进行了研究,得到了较理想的结果.     

TDLAS技术气体检测二次谐波信号的仿真与分析

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术结合半导体激光器可调谐的特点及气体分子对特定波长能量光的吸收特性,凭借灵敏度高、响应时间短等优势广泛应用于气体浓度检测。TDLAS技术气体浓度检测包括波长调制、气体吸收、二次谐波解调等环节,吸收信号的二次谐波分量携带气体浓度信息,用于计算气体浓度。利用MATLAB对气体检测过程进行了信号仿真,并利用数字锁相放大算法提取了二次谐波信号,验证了二次谐波与气体浓度的关系。通过仿真分析了二次谐波信号随调制系数的变化关系,以便确定较佳的调制参数,为后续系统搭建与气体检测实验提供参考。     

基于可调谐二极管激光吸收光谱学对二次谐波检测噪声分析研究

在可调谐红外激光器的基础上发展的新的痕量气体监测分析方法,已在大气化学研究和污染气体监测领域中得到了应用.在无法通过增加光程长度来提高系统检测灵敏度的环境中,降低噪声、提高信噪比,是提高TDLAS二次谐波检测技术系统检测灵敏度的途径之一.介绍了TDLAS的噪声来源并对短吸收光程下的CO和CO2的近红外波段二次谐波进行了测量研究和噪声分析.获得CO和CO2的最小检测灵敏度分别为0.73%和0.98%.这一结果能够满足某些对于测量要求不是很高的情况下的环境监测的需要.     

TDLAS氧气检测中谐波信号特性研究

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术是一种具有高灵敏、高分辨、快速响应等特点的气体检测技术,利用半导体激光器可调谐、窄线宽特性,通过检测气体的一条吸收线实现气体浓度的准确检测.阐述了基于波长调制TDLAS技术的氧气检测方法,选择DFB激光器作为光源,通过检测760 nm附近氧气分子的一条吸收线实现了氧气在线监测,主要分析了谐波信号的特性及系统的线性响应.     

TDLAS检测系统的ARM主控型激光驱动电路的设计

可调谐激光二极管吸收光谱技术(TDLAS)是一种利用激光二极管的波长扫描和电流调谐特性对气体进行测量的技术,具有高选择性、高分辨率、高反应速度、高灵敏度等优点。TDLAS检测系统通常基于谐波检测的原理,通过高频调制某个依赖于频率的信号,使其扫过待测气体的吸收峰,再以调制频率的倍频作为参考信号进行信号处理。为了满足TDLAS检测系统对激光器驱动的需要,本文以ARM7系列的LPC2138为主控器,通过将DAC8830产生的锯齿波扫描信号和AD9958产生的一路正弦调制信号进行叠加,来实现TDLAS检测系统激光器的驱动。     

GaSb-based monolithic EP-VCSEL emitting above 2.5 μm

The 2 to 3 mm mid-infrared wavelength range is a wellknown transparence window of the atmosphere which contains absorbing lines of numerous polluting gases such as CO, CH/sub 4/, NH/sub 3/ and HF. Currently, one of the more precise gas sensing techniques is tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) which measures the absorption of a singlemode laser beam to detect the presence or not of absorbing gases. The realisation of a highly precise trace-gas TDLAS sensing system thus implies the development of specific laser sources exhibiting adapted properties. Electrically-pumped vertical cavity surface emitting lasers (EP-VCSELs) appear particularly well suited to be such laser sources owing to several advantages they offer such as small beam divergence, singlemode operation, fast and far wavelength tunability without mode hops, low threshold, high rate of modulation and less susceptibility to optical feedback [1, 2]. To date, Sb-based heterostructures allow coverage of a major part of the 2 to 4 mm mid-infrared wavelength [3] range. Moreover, recent progress on RT electrically-pumped GaSb-based VCSELs emitting up to 2.3 mm were obtained [4, 5]. However, this wavelength of emission remains the longest ever reported fromany semiconductor EP-VCSELs. In this Letter, the first result of an all-epitaxial monolithic EP-VCSEL emitting at 2.52 mm in quasi-CWregime at room temperature is described.     

Methane and carbon dioxide sensing using a DFB laser diode operating at 1.64 mu m

Selective gas sensing of CH/sub 4/ and CO/sub 2/ using a single tunable 1.64 mu m DFB laser diode is demonstrated for the first time. By precise wavelength tuning of the diode to non-coincident absorptions of the two gases in their overlapping spectral region, one can detect both using absorption spectroscopy.<>     

用于工业气体在线测量的VCSEL恒流驱动电路设计

设计了一种应用于工业气体在线测量的垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)恒流驱动电路.阐述了该恒流驱动电路的组成和工作原理,设计了延时和调制功能,可以安全稳定驱动VCSEL.以测量氧气的VCSEL为例,结合可调谐二极管激光吸收光谱技术对不同浓度的氧气进行测量,得到了较好的拟合系数,验证了驱动电路对VCSEL输出波长控制的稳定性,因此这种恒流驱动电路具有实际应用到工业气体监测中的潜力.     

Development of a Broadly Tunable Mid-Infrared Laser Source for Highly Sensitive Multiple Trace Gas Detection

A room-temperature broadly tunable mid-infrared difference frequency laser source for highly sensitive trace gas detection has been developed recently in our laboratory. The mid-infrared laser system is based on quasi-phase-matched （QPM） difference frequency generation （DFG） in a multigrating, temperature-controlled periodically poled LiNbO3 （PPLN） crystal and employs two near-infrared diode lasers as pump sources. The mid-infrared coherent radiation generated is tunable from 3.2 μm to 3.7μm with an output power of about 100 μW. By changing one of the pump laser head with another wavelength range, we can readily obtain other needed mid-infrared wavelength range cover. The performance of the mid-infrared laser system and its application to highly sensitive spectroscopic detection of CH4, HCl, CH2O, and NO2 has been carried out. A multi-reflection White cell was used in the experiment gaining ppb-level sensitivity. The DFG laser system has the features of compact, room-temperature operation, narrow line-width, and broadly continuous tunable range for potential applications in industry and environmental monitoring.     

可调谐LD吸收光谱燃烧诊断技术研究进展

介绍了可调谐半导体激光器吸收光谱(TDLAS)燃烧诊断技术的基本原理及其参量测量原理,分析了基于时分复用、波分复用、单激光器、速度和流量测量以及断层扫描技术的TDLAS燃烧诊断系统的组成特点和关键问题.总结了TDIAS燃烧诊断技术发展历程和最新进展,并对该技术发展趋势进行了展望.     

基于激光吸收光谱多点瓦斯监测技术的研究

研究了可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术在煤矿多点瓦斯监测中的应用.分析讨论了基于光谱吸收原理的多点瓦斯实时监测系统的设计方案,TDLAS技术、分布式光纤传感技术和时分复用的信号检测技术相结合,实现多点气体浓度的光学传感.提出了在光路中嵌入标定池的方法来反演浓度.通过不同浓度的瓦斯气体对系统性能进行了测试,检测限低于60×10-6.研究表明系统方案可行,该技术具有实时、连续、非接触快速检测的特点,能够满足矿井瓦斯多点安全监测要求.关键诃: 激光吸收光谱;光纤传感技术;瓦斯;时分复用     

基于可调谐半导体激光吸收光谱对CO2浓度的测量

CO₂作为大气中主要的温室气体,其全球变暖影响比例因素为60%,对全球生态系统和社会发展带来严重影响,因此开展CO₂的监测非常必要。基于可调谐半导体激光吸收光谱原理,在室温下通过扫描DFB激光器波长,得到CO₂位于2004 nm的直接吸收光谱,根据Beer-Lambert定律,反演出CO₂浓度。为了验证实验的精度,同时与基于非分散红外原理的生态通量的标准仪器作对比,结果显示两者的测量精确度相当,可以达到0.2 ppm。这些研究为今后的仪器小型化和外场CO₂长时间监测提供了基础。     

基于TDLAS的天然气泄漏空间动态分布监测技术及应用研究

天然气泄漏污染空气,易造成爆炸事故,危害人身安全,长期泄漏造成资源浪费,因此天然气泄漏监测成为天然气站亟待解决的问题.相较于其他各种测量原理,可调谐激光二极管吸收光谱(TDLAS)技术因其响应迅速、非接触式测量等优点,广泛应用于开放环境下天然气泄漏监测.目前天然气站一般采用多点多线布置多个开放式激光气体遥测仪监测或采用...