NH3的腔增强吸收光谱检测技术

为了研究腔增强吸收光谱技术是否能用于NH₃气体浓度的检测,采用扫描腔长的方法,以分布反馈式可调谐半导体激光器作光源,用两块高反射率平凹透镜（反射率约为99.9%,曲率半径约为1m）组成的光学谐振腔作吸收池,搭建腔增强吸收光谱装置。在34cm长的吸收池内测量NH₃气体分子在1.5μm附近的弱吸收谱线;通过不断增加NH₃气体浓度来改变腔内压强,每充入一次NH₃都测量并保存一次吸收光谱。通过数据处理,分析谱线宽度随气体浓度变化的关系以及吸收度随腔内压强增加的变化情况,发现都能呈现出良好的线性关系,并对残差噪声进行统计分析,得到了3.3×10-8cm-1的最小探测灵敏度。结果表明,高探测灵敏度的腔增强吸收光谱技术,可以实现NH₃气体浓度的测量,并能得到较好的探测精度。     

激光制造中同轴粉末流动量和质量传输

激光制造同轴粉末/载流气体两相流中存在动量、质量和能量传输等物理过程,它们直接决定激光制造的质量和精度.重点报道国内外粉末流中动量和质量输运方面的综合研究结果:提出了激光同轴送粉二相流物理模型;根据气体/固体两相流理论建立了动量质量传输方程,开发了基于FLUENT的计算机模拟专用软件;建立了基于DPIV(Digital Particle Image Veloeimetry)的气体/金属粉末两相流的速度场和浓度场检测方法,开发了图像处理专用软件;完成了气体/金属粉末两相流的速度场和浓度场的数值模拟和试验检测.结果表明:理论模拟和试验检测结果基本一致.     

基于激光瞬态特性的内腔气体浓度光纤传感器

报道了一种基于掺铒光纤激光器瞬态特性的内腔吸收式气体浓度传感器.介绍了掺铒光纤激光器内腔吸收谱的基本原理,以及激光激射延迟时间与气体浓度的关系.用光纤环全反镜和光纤Bragg光栅构成F-P线形腔,通过调节光栅的反射波长,使激光激射波长落在乙炔的一个较强的吸收峰1532.83 nm上.通过测量激光激射延迟时间可以获得气体的浓度.实验证实了方案的可行性,该装置的灵敏度可以达到10×10~(-6).     

基于高斯过程混合模型的瓦斯安全状态分类研究

针对目前瓦斯浓度预测与瓦斯安全状态分类方法中主观性较强、超参数难以选取、解释性差、无法有效地利用样本之间时序信息等问题,本文提出了基于高斯过程混合模型的瓦斯浓度预测与安全状态分类方法。高斯过程是机器学习领域中解决非线性回归问题的典型方法,能够有效地利用数据之间的相关性,常用于时间序列的建模与预测。然而,单个高斯过程存在着一定的局限性,难于对非平稳、多模态的数据进行有效地建模和回归分析。在高斯过程的基础上引入其混合模型,则可增强模型的表达能力,能够对有复杂结构的数据进行建模。我们将瓦斯安全状态根据风险由高至低分成红橙黄蓝四个等级,在每个风险等级上瓦斯浓度数据采用单个高斯过程进行建模。由于一般瓦斯浓度数据包含着各个风险等级的数据,高斯过程混合模型则可用于对整体数据进行建模和回归分析。根据对数据的参数学习结果,高斯过程混合模型便可自适应地得到每个时刻对应的风险等级,并在预测瓦斯浓度时对各个高斯过程分量的预测进行加权,得到更为鲁棒的预测结果。实验结果表明,基于高斯过程混合模型的方法可有效地预测瓦斯浓度、评估安全状态。      

基于LabVIEW的空芯光子晶体光纤CO2气体检测系统

为了实现全光纤型高灵敏度气体在线检测系统,以空芯光子晶体光纤为传感气室,利用CO2气体分子在1 572.48 nm附近吸收谱以及虚拟仪器LabVIEW平台搭建了双光路差分CO2气体近红外检测实验系统。实验中所用空芯光子晶体光纤长度为1.8 m,通过对其两端同时充气,提高了系统响应速度,0.1 MPa下充气过程仅需100 s左右。以标准浓度CO2气体对该系统进行了标定,并对浓度2%、5%、10%和100%的CO2气体进行了测量,结果表明100 min内浓度检测相对误差不超过2%,标准差最大3.32%。气体吸收光程为1.8 m,系统检测灵敏度达到5.981 810-5 W/ppm。     

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...     

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。     

基于光谱吸收和荧光检测技术的新型光纤气体传感系统(英文)

设计了一个完整的光纤气体测量系统,提高了检测SO2浓度精确度和读取时间。光路检测系统和分配系统相结合,用于实现在气体传感系统中光谱吸收检测技术和荧光检测技术的有效集成,从而可以扩大本仪器的应用领域和测量范围。光源调制锁定检测技术和双光路差检测技术也被结合在该系统中。在测量吸收光信号和荧光信号中,使用高精度空心光子带隙光纤传感探头,实现了较高的精度和灵敏度。实验数据和测量的结果表明,该系统具有较高的分辨率,大约为2 ppm,并且误差小于0.109。     

基于光声光谱法的光纤气体传感器研究

论述了光声光谱信号的产生。提出用光纤相位传感器代替传统的微音器检测光声信号 ,讨论了光纤中光波的相位变化与光声信号的关系。设计了光学长程结构 ,有效增加了对光功率的吸收。用染料激光器作光源对SO2气体浓度进行测量。实验表明 ,最低检测灵敏度可达 1 2× 10 -10 。由于采用光谱技术与光纤技术相结合 ,使研制的传感器具有较高的灵敏度 ,信号的传输通道具有强的抗电磁干扰及防燃防爆能力。气体探头体积小 ,响应速度较快。信号处理电路具有较强的抑制噪声干扰能力。该传感器及其系统在灵敏度、精度、响应时间等性能指标上达到了检测气体含量要求     

基于神经网络和傅里叶光谱分析的易制毒混合气体检测方法

易制毒气体识别对于抑制毒品流通具有重要作用,但目前关于易制毒气体浓度检测的研究还不成熟。针对易制毒混合气体检测的问题,通过采集傅里叶红外光谱信息建立了反向传播(Back Propagation, BP)神经网络模型。以乙醚和丙酮的混合气体实验为例,对BP-傅里叶红外变换光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR)模型进行了验证和分析。结果表明,利用BP-FTIR吸收系统采集的多组分混合气体的光谱数据的总体回归R值为0.99273,相关性强。在混合气体测试中,乙醚气体的最大预测误差为28 ppm,丙酮气体的最大预测误差为11 ppm,总体预测误差较小,说明该模型能够较好地预测乙醚丙酮混合气体的浓度。因此,神经网络模型对多组分易制毒气体进行浓度反演的预测结果精度较高,本研究也为易制毒及其他混合气体检测提供了新的思路。     

基于哈特曼原理的两相流气相参数研究北大核心CSCD

本文提出哈特曼光线追踪的方法来测量气液两相流的气相参数,并进行了理论和实验研究。首先,采用哈特曼模板获得阵列光束,通过模拟追踪光线在气液两相流中的传播过程,研究出射光线与两相流中气泡尺寸、位置等参数之间的关系,其次,建立BP神经网络模型来实现气泡参数的准确反演,仿真结果表明,气泡定位相对误差在7%以内,气泡粒径的相对误差在±4%以内。在此基础上搭建了实验系统,以已知大小的透明颗粒在垂直管道沉降模拟单个气相通过管道的过程,进行了实验研究,结果表明气泡粒径的相对误差可控制在±6%以内。     

基于深度信念网络和极限学习机的SO2浓度检测

使用差分吸收光谱技术(Differential optical absorption spectroscopy, DOAS)进行工业在线气体检测,在气体浓度较低时,其光谱吸收不明显, 信噪比较低,通过传统方法来对工业气体浓度进行反演,预测结果难以满足工业应用具体要求。针对SO$_2$气体的差分吸收光谱特点, 采用氚灯作为光源,采集189.73$\sim$644 nm波段内的标准浓度SO$_2$的吸收光谱高维数据,选取吸收光谱数据并进行预处理,然后 利用训练集数据建立深度信念网络模型进行低维特征提取。在此基础上,利用训练数据的低维嵌入特征构建极限学习机反演模型, 实现SO$_2$气体浓度计算,并对该模型进行了有效性测试,从而得到一种更加精确的SO$_2$气体浓度在线检测方法。     

Model development of GaN MOVPE growth chemistry for reactor design

The metalorganic vapor phase epitaxy of GaN is complicated by the extensive and pervasive complex gas phase chemistry within the growth system. This gas phase chemistry leads to the high sensitivity of the material properties on the detailed fluid dynamics within the system. Computational fluid dynamics (CFD) based reactor modeling combined with gas phase kinetics studies was used to determine the transport and reaction behavior within a high performance vertical MOVPE reactor. The complexity of the growth chemistry model was increased in a step-wise fashion. At each step, the concentration profiles were determined using available recent kinetic data. The high gas flow rate typically employed in GaN MOVPE results in a very thin high-temperature flow sheet above the growth front, leading to an extremely high thermal gradient. Within this thin high-temperature flow sheet, a stratified chemical structure is formed as a result of the unique thermal fluid environment. This stratified structure is closely related to the transport and reaction behavior within GaN MOVPE processes and forms part of the engineering guidelines for GaN MOVPE reactor design.     

Support vector regression-based study of interference in absorption spectral lines of mixed gases

When measuring the concentration of multi-component gas mixtures based on supercontinuum laser absorption spectroscopy (SCLAS), there are interferences between the absorption spectral lines. For the spectral interference problem of CO2 and CH4 at 1 432 nm, a method based on support vector regression (SVR) is proposed in this paper. The SVR model, the k-nearest neighbor (KNN) model and the least squares (LS) model are used to analyze and predict the absorption spectral data, and the prediction accuracies were 96.29%, 88.89% and 85.19%, respectively, with the highest prediction accuracy of the SVR model. The results show that the method can accurately measure the concentration of gas mixtures, realize the detection of mixed gases using a single waveband, and provide a solution to the overlapping spectral line interference of multi-component gas mixtures.     

基于DOAS技术的SO2浓度分析仪研究

为了实时监测工业烟气中SO2的排放,设计了一种基于差分吸收光谱技术的SO2浓度分析系统。该系统采用差分吸收光谱技术原理,在深入研究差分吸收光谱数据处理方法的基础上,在实验室状态下获取了与仪器分辨率相匹配的SO2标准吸收截面,采用光路反射设计和透紫石英镜片,改进了气体池结构。结果表明,该系统的实时测量浓度值与标准浓度值有较好的一致性,能够满足对SO2气体排放的高精度实时监测要求。     

固体微粒遮蔽的红外突防措施分析

随着弹道导弹防御系统对弹道导弹中段弹头的发现、识别跟踪和拦截能力的不断提高,针对中段弹头突防措施的研究越来越重要.针对采用固体微粒进行红外遮蔽这种突防措施进行了探索,建立了气体携带固体微粒的喷射过程数学模型,利用数值求解方法得出了喷射过程中气体及固体颗粒在弹头周围空间的瞬态浓度分布,计算了其红外遮蔽效果.研究结果表明:...     

红外光谱技术诊断火焰温度和组分浓度的研究

基于气体分子辐射吸收指数宽带模型,分析了火焰温度和组分浓度的诊断原理和计算方法;建立了红外光谱诊断系统,并进行了实验研究,结果表明诊断精度较高.从而实现了火焰温度和多种组分浓度的同步诊断     

逐线积分气体吸收模型及其在FTIR气体检测中的应用

介绍了一种精确的逐线积分痕量气体吸收模型,该模型适用于中红外波段大气环境中痕量气体和污染气体检测的理论研究和工程应用。该模型利用HITRAN光谱数据库,考虑了展宽、线翼截断、温度修正及光谱分辨率变化等情况,可以有效地模拟大气环境中多种气体的红外吸收特征。文中详细描述了模型的算法细节,并给出了模型计算的结果与傅里叶变换光谱仪(FTIR)实测数据的对比,还举例介绍了吸收模型在FTIR气体探测技术中的实际应用,并使用该模型对测量的红外傅里叶变换光谱进行了定量分析,模拟了计算校准谱,并与实测光谱进行了非线性最小二乘拟合,实现了在无需测量校准气体的情况下同时对多种气体进行浓度的反演。     

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     

Design of Optoelectric Detection Circuit for Difference Absorption Gas Sensor

Since the gas infrared absorption spectrum linewidth is only several nanometers occupying the source intensity of several in a thousand, it is even less than the noise of light source. The signal of gas absorption is submerged in the noise, so it is impossible to measure the concentration of gas with spectrum absorption directly. According to the principle and parameters of difference absorption system of CH_ 4 gas, a detection circuit consisted of the lock-in amplifier is designed. The experiment results indicated that the detection circuit can satisfy the demand of the whole system, and the limit concentration is 150×10~ -6 .