基于波长调制光谱技术的二氧化碳浓度测量

以可调谐激光二极管吸收光谱技术为基础,结合波长调制光谱技术,对不同体积浓度的二氧化碳气体进行检测。分别分析正弦波调制信号的不同调制电压及调制频率对二次谐波信号波形及峰值的影响。结果显示当调制电压为0.25 V、调制频率为10 kHz时,得到的二次谐波信号较好。在此基础上,利用实验室中搭建的单光路测量系统对不同浓度的CO2气体进行检测,得到气体浓度与二次谐波峰值线性相关系数为0.998,系统的检测极限为450 ppm。研究为该类系统调制系数的选择提供了实验依据,为工业应用打下了基础。     

基于多波段混合气体吸收谱线的波长标定方法研究

为实现光纤扫描光源宽调谐范围内输出波长的高精度标定,提出了一种基于多波段混合气体吸收谱线的波长标定方法。采用分段阈值二阶导极值法和洛伦兹线型拟合法从混合气体吸收光谱中提取多条谱线中心位置,以其波长和驱动电压为参考点对Fabry-Perot(F-P)可调谐滤波器的迟滞非线性特性进行二次多项式拟合标定。将C2H2在C波段的吸收带与CO2在L波段的吸收带相结合,选取了21条C2H2谱线和16条CO2谱线作为波长参考。将本方法用于C+L波段的光纤光栅(FBG)波长解调,在0~60℃范围内波长拟合标准差小于3.3pm,线性相关系数大于0.999 8,系统稳定性误差小于2.6pm。     

基于信号谱线特征的调制方式识别

针对通信信号调制识别,提出了一种基于信号谱线特征的调制识别方法。该方法采用信号平方谱和四次方谱的强度与位置作为信号的特征参数。信号的这种谱线特征与信号调制样式有着密切的内在联系,较好地反映了信号调制特性。相比其它调制样式识别方法,这种方法计算复杂度低,在非理想环境下对信号特征提取较为容易并且这种特征有较强的鲁棒性。对于调制样式多变的软件无线电和认知无线电有较好的应用效果。仿真表明,在低信噪的情况下,对不同的调制样式识别概率较高。     

一种基于面阵CCD实时测量汞灯谱线波长的方法

利用面阵CCD采集汞灯衍射光谱图像;由计算机程序对采集的光谱图像进行处理,计算出不同波长谱线到零级谱线的间距L;然后根据光栅方程,实时计算出谱线的波长。该方法具有快捷、简便、精度高的特点,可应用于对光谱波长的实时测量。     

基于谱线特征的MPSK调制识别

通信信号调制识别技术在军事和民用领域都具有重要的应用前景。针对5种经过均方根升余弦脉冲成形的数字相位调制信号,提出了一种实现调制方式自动识别的方法。该方法利用不同调制方式的数字信号做非线性变化后往往具有不同谱线特征的特点,得到了两个新的识别特征参数,为瞬时特征相似的数字相位调制信号的识别提供了新的手段。仿真结果表明,两个新特征参数是非常有效的,在信噪比大于8dB时,该方法的整体识别率不低于95%。     

基于谱相关函数截面特征的调制方式识别

谱相关函数在双频平面上全面反映了循环平稳信号的二阶周期性。调制信号是循环平稳信号,不同调制信号的谱相关函数具有不同的分布特性,且对平稳噪声、干扰不敏感,可用于低信噪比下的调制方式识别。采用时域平滑FFT积累算法计算出调制信号的谱相关函数,对结果进行了对比分析,提取了多种调制信号的谱相关函数截面特征,设计了AM、MSK、PAM、2ASK、2FSK、4FSK、QPSK七种调制信号的树形识别流程。仿真结果表明在低信噪比下,七种调制方式具有90%以上的识别率。     

准连续调制激光吸收谱测量CO气体系统研究

准连续信号是一种重要的调制信号形式,在多个领域有广泛应用。准连续调制激光吸收谱是准连续信号典型应用之一,具有响应迅速、检测精度高、检测限低的特点。在地震、塌方、火灾等灾害环境下,由于堆积形成复杂封闭环境或燃烧不充分有可能产生极易燃爆的CO有毒有害气体。因此,灾害现场破拆机器人进行救援时,需要对现场的气体环境进行监测和分析,避免造成二次爆炸伤害。本系统对CO气体展开研究,采用准连续调制激光吸收谱技术,搭建测量实验系统,实施了改变浓度、压力和温度条件的CO测量实验,得出了准连续调制激光吸收谱2f信号幅值与CO浓度、实际测量时的压力、温度的关系模型。这些关系模型可使破拆机器人在灾害现场根据测量系统实际测得的压力和温度值对CO气体的浓度进行相应的压力以及温度补偿。     

参考谱线法测量倍频Nd:YAG激光器调谐波长的研究

为了精确测量倍频Nd:YAG激光器的调谐波长,采用碘分子在532nm附近的强吸收谱线作为频率稳定的绝对参考谱线,建立了以碘蒸气为标定物的激光调谐波长测定系统,实际测量了碘蒸气吸收谱线.通过谱线的特征结构与理论吸收谱线的比较,得到了倍频Nd:YAG激光器调谐频率与外加偏压及电位计旋转角度的对应关系,并确定了激光频率跳变点的位置,最后给出了倍频Nd:YAG激光器的调谐范围.结果表明,碘吸收谱线法可以用来精确测量倍频Nd:YAG激光器的调谐波长.     

基于冲激谱线检测的调制识别

现代卫星通信系统为满足传输速率和加密等要求,采用了多种复杂或高阶复合调制信号.为实现各类调制信号的检测与识别,信号之间不同类型谱的谱线分布是重要特征之一.在介绍常见通信卫星调制信号在不同类型谱下的冲激谱线特征基础上,提出了一种基于线性调频Z变换的冲激谱线检测方法,消除了离散频谱"栅栏效应"对检测值的影响.通过高次方谱和...     

利用平晶谱仪测量谱线波长的新方法

为了满足激光等离子体X射线波长测量的需要,在辅助光阑法的基础上,从理论上提出了一种用平面晶体谱仪确定波长的新方法.发展了改进的辅助光阑法来确定晶体面与记录面的交线到第一条辅助光阑的距离,并且利用某一条谱线的曲率得到记录面与晶体表面的夹角.这两个参量在一般的辅助光阑法中需借用参考谱线得到,而采用新的方法可在不使用任何参考谱线的情况下得到所有光谱线的波长.实际使用中通过增大光阑间的间距,根据不同的波长范围调节晶体与记录面的相对位置,可使波长的测量精度达1×10-3nm.     

基于免校准波长调制的多光程吸收光谱

为了研究免校准波长调制光谱技术对激光光强变化及外界干扰的免疫能力, 采用基于免校准波长调制技术的多光程吸收光谱, 以乙炔为测量目标, 进行了理论分析和实验验证。结果表明, 不同激光功率下得到的波长调制二次谐波信号幅值发生明显变化, 但通过免校准的方法得到的信号变化较小, 且受气流影响、部分遮光、系统振动等外界干扰影响较小; 采用免校准方法实验得到的体积分数在5×10-6 ~9×10-5范围内的光谱信号拥有较好的线性度, 相关系数达0.9997;采用Allan方差分析得到该实验系统的最小探测极限可达1.2×10-8。免校准波长调制光谱技术能较好地避免光强抖动、气流干扰、系统振动等干扰, 从而提高系统稳定性和探测灵敏度。     

基于波长调制光谱的多参数测量方法研究

基于扫描波长调制光谱技术,开发了一种同时测量气体压强、温度和组分浓度等多个参数的传感器.详细分析了利用谱线的4f_(peak)/2f_(peak)和2f/1f信号测量气体参数的迭代算法以及传感器的设计方案.采用频分复用方案,利用7 429.72 cm~(-1)和7 454.45 cm~(-1)两条H_2O谱线对温度分布在300~1 200 K范围内的静态气室进行了实验研究.实验结果表明迭代算法具有收敛速度快和测量精度高等优点,温度、压强和H_2O组分浓度的测量值与预测值基本符合,与预测值的最大相对偏差分别在4%、6%和6%以内.     

基于跨波长调制和直接吸收光谱的宽量程多气体检测方法

针对可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)在煤矿、石油化工领域进行气体浓度检测时,遇到的高精度、宽动态范围需求,采用时分复用的方法,将直接吸收光谱技术(Direct Absorption Spectroscopy,DAS)和波长调制光谱(Wavelength Modulation Spectroscopy,WMS)技术的优势相结合,完成了高精度、宽量程和免标定多气体检测系统的设计。设计激光器的驱动为线性扫描输出和叠加不同高频调制扫描输出的周期信号,用于完成高低浓度反演算法的时分复用计算,通过实验优化选择检测气体的吸光度拐点,实现对气体浓度的高精度、宽量程检测。在室温和常压下,通过实验分别对CH₄、CO和C₂H₂三种气体体积浓度进行检测,确定了两种算法最佳拐点吸光度约为0.026 cm^-1。系统对CH₄、CO和C₂H₂三种气体体积浓度的检测量程分...     

基于色散位移光纤中交叉相位调制的波长转换

为了研究全光波长转换的实现方法,采用色散位移光纤中脉冲光和连续波间的交叉相位调制效应,使得连续波产生频移和展宽,然后利用光纤光栅滤波,得到了重复频率为57.97MHz、脉冲宽度为2ns的转换脉冲,这与抽运脉冲重复频率、脉冲宽度基本相同,而且连续波可调范围是1537nm~1560nm。结果表明,基于色散位移光纤中交叉相位调制效应的波长转换具有较宽的波长转换范围和较快的转换速度,是一种简单、高效和通用的波长转换技术。     

波长调制晶体吸收温度传感器原理

晶体吸收式光纤温度传感器是利用半导体晶体的光吸收与温度的依赖关系制作的温度传感器,体积小,成本低.目前对其研究都是基于光强调制,光强调制本身受光源扰动和光路扰动影响较大,致使传感器测量精度低,稳定性差.为提高晶体吸收式光纤温度传感器的测量精度及稳定性,提出利用波长调制制作传感系统的方法,从理论上予以仿真,并给出了半导体砷化镓材料的透射光谱曲线随温度变化的实验结果.     

甲烷红外吸收光谱随环境变化关系研究

基于气体谱线展宽理论,数值模拟了甲烷泛频带2ν3的R(9)支吸收线型。利用可调谐半导体激光器从实验上测量了甲烷2ν3的R(9)支吸收线型。通过扫描1637.6～1637.92 nm甲烷混合气体的吸收光谱,计算得到甲烷自展宽系数(0.0725±0.008)cm-1/atm,空气碰撞加宽系数为(0.0335±0.0012)cm-1/atm。并首次从理论上给出了甲烷1637.8 nm吸收峰中心波长,在标准大气压条件下,随甲烷浓度变化的关系。对提高激光调制技术测量气体精度,具有重要意义。     

基于动态波长分配的WDM-PON技术研究

WDM-PON是未来宽带光接入网的发展趋势,基于动态波长分配的WDM-PON在系统安全和网络带宽升级等方面具有独特优势.文章介绍了WDM-PON的基本结构及运行原理,着重对基于动态波长分配的WDM-PON作了研究,并对其中涉及到的一些关键技术(如多波长光源、ONU光源和MAC协议等)作了深入分析和探讨,总结了WDM-PON的发展现状,提出了应用前景.     

波长调制光谱检测下限计算方法的研究

在基于波长调制光谱技术的大气痕量气体检测下限计算方法的研究中,全面准确地描述吸收信号及噪声的大小极为重要。为了探讨半导体二极管激光器在进行波长直接调制时伴随产生的残余振幅调制噪声对检测下限的影响,在理论推导中采用了一种同时考虑波长和振幅调制的二次谐波信号分析及提取方法,以二次谐波信号峰谷差值作为系统的检测信号,对可调谐二极管激光器吸收光谱检测系统的信噪比和检测下限进行了理论分析,取得了洛伦兹吸收线型条件下残余振幅调制噪声对系统信噪比和检测下限的影响的精确计算数据。结果表明,在吸收线的线宽较大的检测条件下,残余振幅调制噪声是影响检测下限的重要因素。     

波长调制光谱技术中的激光控制器设计

设计了一种波长调制光谱技术中DFB半导体激光控制电路,该控制电路包括波长调制电路、波长扫描电路和TEC控制电路。通过使用晶振、二进制计数器、带通滤波器以及程控衰减器产生波长调制信号,使用D/A转换器产生波长扫描信号,并且使用NLD0531BPQ芯片对激光器内置TEC进行控制,最后通过CO二次谐波谱线测量。激光器控制电路的参数全部采用数字控制,并且可以通过单片机进行调整。实验表明,该控制电路具有较高的稳定性,其控制精度达到了0.01℃。     

基于双谱线吸收光谱的温度测试技术及校正方法研究北大核心CSCD

基于双谱线的激光吸收光谱技术具有测试精度较高、响应速度快等优点,常被应用于燃烧场和爆炸场的温度测量中,但在测试中,容易受到环境等因素的影响,带来较大的测试误差。本文基于双谱线吸收光谱技术,选择波数分别为7182.94962 cm^(-1)和7179.7524 cm^(-1)的两条水分子吸收谱线,研发了温度快速测试系统,测试周期为500μs,并对高温炉内的温度测试技术开展了相关研究。实验结果表明,通过双谱线直接计算得到的温度误差较大,在综合考虑了环境因素和邻近谱线干扰因素情况下,对温度计算结果进行了相应的修正,经过修正之后,温度测试精度得到极大的提高,误差约为5%。因此,测试方案和测温系统具有较高的准确性,为后续燃烧和爆炸等瞬态温度场测试技术研究奠定基础。