取样光栅滤波的新型光纤甲烷差分检测系统

综合应用取样光纤光栅滤波和改进的差分吸收检测技术,实现了对甲烷气体等距分布的多条近红外吸收线的同时测量,完善了差分吸收技术应用于弱气体检测的理论。基于分子光谱学理论对谱带精细结构的分析,结合取样光纤光栅的梳状滤波思想,以1.66μm附近甲烷泛频(2v3)吸收光谱R支中的R4线为中心,同时对R3、R4和R5三条吸收线进行测量。为消除光源功率波动对测量结果的影响,利用两个同类型的取样光纤光栅实现对气体浓度的差分吸收检测。选用中心波长在R4附近的啁啾光纤光栅作为光学带通滤波器,利用PINPD实现对三条吸收线处光强的同时测量,由比值处理消除光源功率波动对测量结果的影响。通过实验验证了系统的可行性。     

基于光谱吸收原理的光纤甲烷传感器检测方法研究

提出了一种基于光谱吸收原理的光纤甲烷传感器的检测方法,建立了差分检测技术的数学模型,利用差分吸收法消除了光源不稳定及光电器件的热零点漂移、零点漂移对测量准确度的影响。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。     

煤矿甲烷红外检测系统

针对现有煤矿甲烷检测装置存在的缺点,文章提出了一种基于光谱吸收检测原理的煤矿甲烷红外检测系统的设计方案,分析了红外差分吸收检测原理,详细介绍了系统硬件及软件设计。该煤矿甲烷红外检测系统以宽带LED作为光源,采用单光路进行差分吸收检测,消除了双光路系统中由于光路的差异引起的误差;采用锁相放大器对微弱信号进行相敏检波,采用去极值移动平滑法对数字量进行滤波,提高了系统的灵敏度。实验结果表明,该系统检测的甲烷浓度在精确度和稳定性方面均满足检测要求。     

光纤CO气体检测系统的研究

基于CO气体的光谱吸收特性,设计了一种带有参比气室的光纤CO气体在线实时检测系统。采用双波长差分检测技术,有效消除了由光源、光纤和探测器的不稳定所引起的检测误差,提高了检测灵敏度。给出了该光纤CO气体检测系统的实验结果,结果表明：该传感器结构简单、外形尺寸小、性能稳定、抗干扰能力强,具有广阔的应用前景。     

新型光学谐振腔甲烷传感器的研究

基于甲烷气体光谱吸收的原理,设计了一种高精度双波长单光路检测甲烷气体体积分数的检测系统,该系统用多次再入射光学谐振腔作为甲烷气体吸收腔,入射光线在气体吸收腔内的多次反射增加了与甲烷气体发生吸收作用的光程长度,极大地提高了检测精度,而且由于光点的分散分布特性,使该系统又具有很好的散热性,不会引起热量的累积,有利于甲烷气体...     

基于谐波检测技术的光纤甲烷气体传感器的研究

基于甲烷气体的近红外吸收光谱，研究了一种高灵敏度光谱吸收型光纤甲烷气体传感器。采用DFBLD作为光源，通过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由光源的不稳定和变化所引起的检测误差。建立了谐波检测的数学模型，给出了甲烷气体的测量结果。     

基于分布反馈式半导体激光器的光纤甲烷传感器

简介了一种基于分布反馈式半导体激光器(DFBLD)的光纤甲烷气体传感器,在甲烷气体光谱吸收的基础上,利用差分吸收技术,实现瓦斯浓度在线检测.还介绍了DFBLD工作原理,给出了初步的实验性设想.对此光纤甲烷气体传感器只要稍加改进或换上其它附件,即可测量其它多种气体的浓度,在气体浓度测量领域,具有很好的应用前景.     

光谱吸收硫化氢气体浓度传感器

提出一种基于红外吸收光谱测量法检测硫化氢气体浓度的方法。分析了硫化氢气体近红外光谱吸收特性,为消除光源不稳定及光电器件的热零点漂移、零点漂移对测量准确度的影响,基于差分吸收检测法设计了硫化氢气体浓度传感器,对硫化氢气体浓度检测进行了实验研究,实验表明该传感器的测量灵敏度可达10-5(10ppm)。     

差分吸收式光纤气体传感器的研究

研究和讨论了一种易于实现的光谱吸收型光纤气体传感器。采用分布反馈式半导体激光器作为光源,通过光源调制实现气体体积分数的谐波检测,显著提高了检测的灵敏度。同时,采用差分结构,消除了激光器光强波动等共模噪声的影响。     

甲烷光纤传感检测系统的设计

针对目前煤矿瓦斯气体检测存在测量误差和测量不稳定的问题,文章提出了一种新型的基于甲烷气体光谱吸收特性的甲烷光纤传感检测系统,阐述了甲烷气体浓度的检测原理,介绍了甲烷光纤传感检测系统的工作原理设计、光源选择等。该系统可实现对矿井瓦斯可靠、高效、实时的监测。     

基于相关滤波技术的SO2气体浓度监测系统设计

介绍一种基于相关滤波技术的非分散红外SO2气体浓度测量方法.该方法是在相关运算原理和SO2红外吸收特性基础上,结合相关检测和气体滤波技术,有效解决了近年来空气中SO2污染严重且在非分散红外SO2检测系统中噪声干扰大的问题,实现了对微弱光信号的调制和检测,并实现了新型SO2浓度监测仪的设计.试验表明,系统有10(-6)的检测灵敏度.     

应用TDLAS探测气体的误差分析与补偿研究

针对基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)的气体体积分数检测系统,介绍了TDLAS探测气体体积分数的原理;详细分析了测量误差的影响因素;研究了将所测得的吸收谱线扣除背景谱线,对采集到的二次谐波信号采用最小二乘波形拟合的信号处理方法。这种方法可以有效地抑制噪声干扰,提高探测灵敏度。     

Detection of gases by correlation spectroscopy

This paper describes the detection of various common gases by means of correlation spectroscopy, employing a complementary-source-modulation (CoSM) approach based on compact light-emitting diode (LED) sources. Theoretical results for the quantitative detection of O₂, CO, and CO₂ by this CoSM method are presented, using, as their basis, spectral absorption data from the Hitran database. In demonstrating the proposed detection principle, new experimental results for the detection of O₂ in air are presented, with the use of practical low-cost LED sources.     

Optical parametric oscillators in lidar sounding of trace atmospheric gases in the 3–4 μm spectral range

Applicability of a KTA crystal-based laser system with optical parametric generation to lidar sounding of the atmosphere in the spectral range 3–4 μm is studied in this work. A technique developed for lidar sounding of trace atmospheric gases is based on differential absorption lidar (DIAL) technique and differential optical absorption spectroscopy (DOAS). The DIAL-DOAS technique is tested to estimate its efficiency for lidar sounding of atmospheric trace gases.     

基于石英增强光声光谱技术的开放光路气体传感系统研究

针对传统石英增强光声光谱系统存在体积大、实时性差,无法实现在狭小空间中探测等缺点,提出一种基于光纤引导方式的开放光路石英增强光声光谱传感系统。系统用光纤将激光引导至石英音叉两叉指中央,以实现对狭小空间中痕量气体的探测。搭建了实验系统,开展了对常温常压下空气中水蒸气含量的探测来验证该系统的探测灵敏度及可靠性。得到其归一化噪声系数为7.15e-7cm^(-1)?W/Hz^(1/2)。实验结果表明,该系统的探测灵敏度是传统石英增强光声光谱系统的5倍。该系统体积小、实时性强,无需样本取样,适用于开放环境中对痕量气体的检测。     

TDLAS技术温度测量的不确定度分析方法研究

随着可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术在工业测量与科学研究领域的广泛应用，对其测量结果的质量进行量化评定已成为迫切需要。以一套已集成的TDLAS测温系统为例，根据最新国家标准，基于不确定度传播律，理论分析了影响测温结果测量不确定度的因素，给出了评定TDLAS测温系统在线测量结果不确定度的一般方法。分析表明TDLAS系统测温结果的测量不确定度随所测温度值的变化而变化，并受所选谱线参数、吸收信号信噪比、系统响应情况等条件的影响。理论推导了针对测温系统的不确定度评定公式，结果表明对特定测温范围与测温系统，需对其进行温度标定，补偿系统误差。     

Application of simulated annealing for multispectral tomography

A new method based on simulated annealing is developed to obtain tomographic reconstructions based on multispectral absorption spectroscopy. The new method is able to exploit the spectral information content, to incorporate various a priori information, and to ameliorate the ill-posedness of the tomographic inversion problem. Numerical simulations are conducted to demonstrate the performance of this method for simultaneous temperature and species concentration imaging. This method is expected to enhance the practicality of multispectral tomography.     

An advanced theory for multi-wave open path optical absorption spectroscopy measurements

A new version of the multi-wave open path optical absorption spectroscopy method is herewith presented for continuous measurements of multiple airborne pollutants along an open light path. It involves a standard least squares procedure that minimizes deviations of the calculated optical thickness of the monitoring path from the measured thickness. A novel feature of the proposed method consists of interpreting the influence of error sources as a discrepancy between sounding spectra, emitting to the reference and working paths, produced by these very errors. It is shown that this discrepancy results in a systematic error in the calculated trace gas concentrations, and its elimination transforms the optical open path meter into an absolute meter.

The advantages of the proposed approach are revealed when estimating the role of inaccuracies in signal measurements, wavelength scale lock-in, working wavelength setting, stability of the source of radiation, and inaccuracies in the parameters of the calculating method. The special benefit of the proposed multi-wave optical absorption spectroscopy method lies in using an excess of working wavelengths for reducing the influence of various error sources.     

1000~1900 K范围内TDLAS测高温标定方法设计及实验验证

针对航空发动机对燃烧尾焰温度测试的需求，开展基于吸收光谱原理的可调谐半导体激光器吸收光谱(TDLAS)测温系统研究。在实验室环境中采用辐射升温法创造高温气体恒温区，完成温度标定系统及标定流程设计。根据TDLAS测温系统1000~1900 K温度范围的温度标定，对比分析各个温度点标定过程中信噪比的变化过程，证实了标定方法的可行性。对标定过程中信噪比恶化提出修正措施。     

基于吸收光谱乙炔气体浓度在线检测系统的研究

可调谐二极管激光吸收光谱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技术,与多次反射池相结合,利用谐波检测技术对所提取的微弱信号进行处理,设计了一套远距离在线测量乙炔气体监测系统,经过系统实验,能准确、快速地完成乙炔气体浓度的监测。