基于TDLAS-WMS的近红外痕量CH_4气体传感器

为了对煤矿CH4气体进行实时监测,基于混合可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)与波长调制光谱(WMS)的检测技术,采用中心波长为1.65μm的分布反馈(DFB)激光器,设计并研制出痕量CH4气体传感器。利用自主设计的DFB激光器温度控制器,通过调节激光器工作温度,进而使其发光光谱扫描CH4气体的吸收跃迁谱线。同时利用WMS检测技术将待测信号频率移至高频区,减小1/f噪声。利用该痕量CH4气体传感器,在被测气体体积分数为(0~106)×10-6的范围内,对二次谐波信号进行了提取。测试结果显示:在(0~106)×10-6范围内相对测量误差小于7%,检测下限为11×10-6。同时,研究人员可以通过更换其他波长的激光器,实现对其他气体的检测。     

激光器电压调制驱动与锁相放大电路的研究

为解决光频漂移对气体浓度检测的影响,根据分布反馈式半导体激光器的波长可调制特性,设计了一种激光器电压调制驱动与锁相放大电路。该电路的电压调制驱动电路输出波形是2 Hz的锯齿波和2 kHz的方波的叠加,其中:2 Hz的锯齿波使激光器的中心波长缓慢扫过气体吸收中心线,确保气体吸收光强;2 kHz的方波一方面对激光器的波长进行二次微量调节,另一方面作为谐波检测的同步信号。锁相放大电路则对不受激光器波长漂移的激光调制信号3次谐波进行锁相放大。Matlab仿真结果表明,该电路的输出与模拟气体浓度吸收光强函数的幅值成比例,同时证实了检测3次谐波的可行性。     

基于虚拟仪器技术的腔内吸收光谱波长调制与解调

在腔内吸收光谱研究中,采用波长调制技术以提高气体传感灵敏度.利用虚拟仪器技术,实现了光纤环腔激光器的波长扫描与调制;在建立谐波信号卷积模型的基础上,通过离散傅里叶变换的方法解调得到吸收信号的各阶谐波谱.采用此方法的测量系统结构简单,可有效地抑制部分激光噪声和干扰.实验结果表明,经调制解调测得乙炔气体在波长范围1 526...     

瓦斯多通道光纤传感器解调电路的设计

瓦斯多通道光纤传感器是一种基于可调谐半导体激光光谱吸收技术原理,结合谐波检测和波长调制技术对气体的浓度进行测量的检测系统,具有较高的灵敏度.但由于各通道光信号传输距离不同以及电路自身延迟会导致未知的相位差,给信号的处理带来困难.设计了一种基于模拟乘法器MLTD4的解调电路,并对相距为1.5Km的两个通道进行试验.结果表明,该电路可以准确提取被测信号中包含气体浓度信息的二次谐波分量,消除了未知的相位差,方便了信号的处理,并且提高了系统的稳定性.     

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。     

波长调制技术在掺铒光纤腔内吸收气体传感中的应用

在掺铒光纤腔内吸收气体传感系统进行气体检测时,由于受到放大自发辐射噪声、标准具效应等因素影响,气体浓度检测信号强度和检测浓度极限受到了很大的限制。为了解决上述问题,将广泛应用于可调谐二极管激光器吸收光谱的波长调制技术应用到掺铒光纤腔内吸收传感系统,利用实验分析了二次谐波信噪比与泵浦驱动电流、调制频率以及调制深度的关系,从理论上分析推导的最佳波长调制深度也与实验得到的调制深度非常吻合。采用波长调制技术得到气体传感系统的检测浓度极限为140×10-6。     

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。     

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。     

基于小波分析的虚拟甲烷浓度谐波检测仪

基于甲烷气体的谐波检测技术,在LabVIEW虚拟仪器设计平台上采用小波分析技术对光谱信号进行去噪,并采用快速傅里叶变换对去噪后的信号进行频谱分析,获得甲烷气体吸收光谱一、二次谐波的幅值,实现甲烷气体浓度检测.实验结果表明,利用该方法可以很好地去除噪声,精确地提取出谐波信号,获得较好的信噪比.     

光纤气体传感器解调系统软件研究

利用气体分子的吸收光谱,采用分布反馈式半导体激光器(DFB LD)作为光源,使用拓普公司数据采集卡PCI-10016,研究了一种基于计算机的光纤气体传感器谐波检测的实验室解调方案,设计了解调软件进行信号解调,实现了气体体积分数的谐波检测,并能实时显示采集波形及分析波形,检测分辨力可达30×10-6,有很大的实用价值.     

基于TDLAS技术气体浓度测量的快速拟合方法

基于可调谐二极管激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术的气体浓度测量系统通常以吸收光谱的归一化二次谐波信号反演气体浓度。然而以常用的数字锁相技术提取归一化二次谐波信号的方法消耗资源多、计算量大。为简化计算量,一种基于广义级数展开快速拟合的方法被提出,首先测量激光器的入射平均光强,结合光强调制系数计算线型函数及其平方项的傅里叶展开系数,即可拟合出归一化二次谐波信号。构建了CO2气体吸收光谱检测实验,实验测试及仿真计算结果表明采用本文方法拟合的结果与通过数字锁相技术实测的信号之间最大相对误差仅为2‰,计算消耗的时间却远小于后者,简化了系统资源,有利于TDLAS技术气体浓度测量系统的小型化、数字化。     

波长调制光谱（WMS）谐波信号分析与仿真

概述了采用波长调制光谱（WMS）技术进行痕量气体浓度测量的基本原理,对强度调制和频率调制结合的信号（IM-FM）模型进行了理论描述,对谐波信号随归一化调制振幅变化和信号对称性进行了重点分析以说明强度调制的影响。利用MATLAB软件,对甲烷在6046.9647cm-1处的吸收线进行仿真,以验证理论分析的正确性。     

基于可调谐激光光谱的气体传感系统的研究

为了准确快速的检测气体浓度,基于可调谐激光吸收光谱法,设计了一套气体传感系统.研制了带有光纤准直的透射式光学传感气室,采用半导体激光器作为光源,气体的吸收光谱信号由光电探测器接收,经锁相放大器检测出谐波信号,用二次谐波和一次谐波的比值来获得气体的浓度,消除了光强波动、粉尘及视窗污染的影响.实验表明,二次谐波和一次谐波的比值与气体浓度值之间的线性相关度可达0.9944,可以准确获得气体的浓度信息.     

基于TDLAS的二氧化碳检测技术综述

精确检测CO_(2)气体浓度、控制CO_(2)气体排放是治理大气温室效应过程中最重要的部分。可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)因具有高灵敏度和高可靠性的特点,广泛应用于在线监测、微量气体检测等方面。分析了TDLAS测量气体浓度的基本原理,重点介绍了直接吸收法和波长调制法并比较了两种方法的优缺点,随后介绍了近几十年来国内外应用TDLAS技术在气体检测方面取得的研究进展。最后总结了基于TDLAS的二氧化碳气体检测技术,并对其未来应用进行了展望。     

光纤光栅调制式光纤甲烷气体传感器的研究

介绍一种检测甲烷气体的全光纤传感方法。基于甲烷气体的近红外吸收光谱，采用LED宽带光源，通过光纤光栅和压电陶瓷(PZT)对其进行波长调制，获得窄带出射光，检测二次谐波，实现甲烷气体浓度的较高灵敏度测量。