石英增强光声光谱技术发展现状

痕量气体检测技术在污染监测、工业生产、国防安全等领域均发挥了重要的作用。石英增强光声光谱技术(QEPAS)具有抗干扰能力强、体积小、灵敏度高(ppb量级)等特点,是痕量气体检测技术的研究热点之一,实现了对多种有毒气体的高灵敏度检测。该文叙述了QEPAS技术原理,回顾了5种不同结构QEPAS系统的发展情况及进展,并对该技术的研究前景进行了展望。     

痕量检测中光源对荧光检测系统稳定性的影响

在荧光痕量检测中,光源的稳定性是影响荧光测量的重要因素,关系着整个检测系统的稳定及精度。针对石油污染物荧光检测设备,给出光源稳定性监测电路模型,并采用超前校正方法来消除转换过程由于相位而引起的自激振荡,实现光源的监测。通过实验研究了光源的不稳定性对系统性能的影响,从实验结果中分析出光源监测数据和荧光的检测数据呈现相关性,即光源的变化趋势与荧光的变化趋势一致,提出了统-量级归-处理方法并且应用到在线石油污染物荧光检测仪器中,提高了系统的稳定性。本研究可为荧光痕量检测中光源对检测结果影响的处理提供参考。     

基于热电效应的痕量气体检测技术研究

针对目前传统痕量气体检测技术的不足,利用痕量气体分子在远红外波段4000～400 cm-1的吸收光谱特征,研究了一种基于红外热电效应的痕量气体检测技术.该技术采用热电堆作为探测器,不锈钢气体吸收腔兼作红外反射器,建立了探测器原型,并以甲烷气体作为样本气体进行了试验验证.结果表明:可通过选择不同中心波长的光学滤波器以探测...     

基于TDLAS-WMS的高灵敏度电子鼻传感器设计

为了对痕量有害气体(甲烷为例)进行非接触式检测,本文基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)与波长调制光谱(WMS)相结合的检测技术,采用中心波长为7.5μm的量子级联激光器(QCL),设计并研制出高灵敏度电子鼻传感器系统.在室温条件下,通过调节QCL注入电流,使其发光光谱扫过甲烷(CH4)气体吸收谱线.同时采用紧凑型herriott气室(长度为40 cm,容积为800 m L),使得系统总光程达到16 m.利用该传感器系统,对不同浓度的CH4进行测量,结果显示,测量相对误差小于7%,检测下限为1×10~(-9).同时,研究人员可以通过更换其他激射波长的QCL,实现对其它有害气体的检测.     

基于NDIR的红外气体浓度信息检测系统

针对热光源气体检测系统存在长期漂移和稳定性差的问题,基于非分光红外(NDIR)气体检测技术,结合双通道探测方法,设计并研制了红外气体浓度信息检测系统.该系统采用双椭球型气室结构,可以在小空间内实现长光程,从而降低了气体浓度检测下限,同时引入了双参数温度补偿方法,降低了温度漂移对红外探测器和硬件电路的影响,提高了系统稳定性和可靠性.采用改进型静态配气方法对相关性能进行测试.结果表明,甲烷气体浓度检测下限达到5×10-5,具有一定的实际应用价值.     

石英晶体的光声光谱法CO_2浓度检测技术研究

利用光声光谱技术对CO2进行浓度检测过程中的精度问题进行研究,提出光纤光路石英增强光声光谱系统方案,利用与CO2光声中心频率范围内的激光器发射的激光产生声波,使石英音叉晶振产生谐振,通过石英音叉的压电效应检测到电信号并通过锁相放大器进行信号放大,利用互相关法抑制过程噪声,达到检测微量级CO2高精度浓度的目的。实验结果表明,石英晶体的光声光谱法检测CO2浓度达到了ppm量级。     

氮分子激光阴影照相电子成像系统研究

介绍了一种以氮分子激光器作光源的ＣＣＤ相机阴影照相系统,该系统能可靠地对高速运动目标和瞬变现象进行阴影照相电子成像,并提出了基于该系统的阴影照相电子成像测速法．该系统具有一些独到的优点：作为系统光源的氮分子激光器的脉宽为纳秒量级（火花光源的脉宽为微秒或亚微秒量级）,适用于高速摄影;对环境无特殊要求,能在一般室内环境下正常工作;电子成像技术的采用,使得该系统无需显、定影及判读等操作,直接由计算机进行图像处理和输出．     

氮分子激光阴影照相电子成像系统研究

介绍了一种以氮分子激光器作光源的ＣＣＤ相机阴影照相系统、该系统能可靠地对高速运动目标和瞬变现象进行阴影照相电子成像，并提出了基于该系统的阴影照相电子成像测速法，该系统具有一些独到的优点，作为系统光源的氮分子激光器的脉宽为纳秒量级（火花光源的脉宽为微秒或亚微秒量级），适用于高速摄影，对环境无特殊要求，能在一般室内环境下正常工作，电子成像技术的采用，使得该系统无需显、定影及判读等操作，直接由计算机进行     

基于TMS320LF2407A的可燃性气体浓度检测系统的设计

中介绍了一种用于可燃性气体浓度检测系统的设计．它采用TCS813为可燃性气体传感器来检测气体的浓度、以AD654为电压与频率转换元件，以DSP(TMS320LF2407A)为徽处理器，对相关的硬件设计、参数设置和软件流程的编写进行了介绍。     

可调谐激光痕量气体检测中的数字滤波技术的优选

为改善可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)系统的检测性能,以浓度为50×10-6和17×10-6的H2S气体检测为例,根据TDLAS系统的噪声特征,选择了4种数字滤波技术并利用Visual C++软件分别编写了程序对二次谐波原始信号进行压噪和有效信号的提取。结果表明,采用非线性最小二乘法与数字平均滤波技术相结合,使系统理论检测极限由原来的30×10-6提高到了5×10-6量级;对于反演后气体的浓度信号则采用Kalman滤波进行再去噪,使信噪比提高了近8倍。比较结果表明,经过上述滤波处理,TDLAS系统的信噪比和检测极限性能有明显改善。本文的上述方法实际应用到我们的TDLAS在线工业排放气体的测量系统中,取得了良好的效果。     

光谱吸收式全量程甲烷检测技术的研究

可调谐半导体激光吸收光谱(TDJAS)技术利用半导体激光器波长调谐特性,获得被测气体的特征吸收光谱范围内的吸收光谱,结合波长调制技术实现二次谐波探测,从而对气体浓度进行定性或者定量分析.这种方法不仅精度较高,选择性强而且响应速度快.基于这种技术,进行全量程光纤式甲烷气体监测方法的研究,根据被测气体的浓度变化,通过改变光源温度来选择合适的中心波长,从而实现全量程高分辨率的甲烷气体浓度实时检测.实验表明该系统具有很高的检测灵敏度、精度、分辨率和稳定性.     

基于生物质发酵的硫化氢浓度检测系统

针对分析化学法检测气体成分存在无法连续测定和现场测定的缺陷,设计了一种利用三电极电化学传感器作为气敏元件的实时检测方案检测生物质发酵沼气中的硫化氢浓度。方案以MSP430F169单片机为核心,借助电化学传感器对硫化氢浓度信息进行采集、处理、显示和传输。系统达到了实际检测的精度需求,且测量具有高度的可重复性和线性度。此外,系统采用了中位值滤波和温度补偿算法,提高了系统的稳定性。     

盲信号分离的光声光谱微量气体测量技术研究

基于传统毒气报警器受自身的探测灵敏度的限制,对混在毒气里的微量毒气不能有效测量这一缺陷,研究基于盲信号分离的光声光谱微量气体测量技术。设计一种采用LED光源离轴石英增强型光声光谱测量有毒有害气体的检测平台,用盲源分离方法对混合气体红外吸收谱区域有重叠的气体进行分离。根据实验数据,光声光谱气体传感器可以有效地检测微量气体,并且可以达到一定测量精度。     

一种新的双模态光源诱骗态量子密钥分配方案

提出了一种新的基于双模态光源的被动诱骗态量子密钥分配通用方案.作为双模态之一的标记态,在发端经过分束和检测后获得4类探测结果,据此,将作为信号态的另一模式分成4个非空脉冲集合,从而利用这4类脉冲进行参数估计和密钥提取.同时,基于预报单光子源和标记配对相干态光源对此方案展开了性能分析,讨论了发端探测器不同探测效率对系统性能的影响,并对实际系统进行了统计波动分析.仿真结果表明:方案性能在误码率和安全传输距离(可达198.6 km)方面都优于现有基于不同光源的3强度诱骗态量子密钥分配方案;采用标记配对相干态光源的各方面性能均优于采用预报单光子源;密钥生成率随发端探测效率的增大而增大;考虑统计波动时,标记配对相干态光源的有效性也要优于预报单光子源,且其数据长度为109时,此方案最大安全距离达到164 km;此方案仅需使用单一强度脉冲,在降低调制光源实现难度的同时又提升了系统性能,对QKD系统的工程实现具有一定的参考价值.     

基于气液相转变效应的SAW气体传感器

针对传统涂敷敏感膜的声表面波（SAW）气敏传感器存在成膜困难、选择性差、重复性差以及再生性差等问题，提出了一种基于气体气液相转变效应来检测痕量挥发性有机气体(VOCs)的SAW气体传感器.建立了气液相转换效应模型，推导出传感器灵敏度与温度、有机蒸气质量分数之间的函数关系，并建立了VOCs液相凝聚层负载下的SAW波传模型，仿真计算了波传频散和波传衰减，从理论上阐释了传感器具有高灵敏度.同时引入气相色谱（GC）分离柱作为无敏感膜涂敷SAW气体传感器的选择性虚拟列阵，以解决这种高灵敏度气体传感器用于混合VOCs测量时的选择性问题.初步的实验结果表明，该传感器系统具有灵敏度高（可检测质量分数为10^-9的VOCs）、分析时间短、选择性好、微型化、成本低等优势.     

基于红外原理的微型多气体检测系统的设计

为了解决目前煤矿瓦斯事故以及大量使用天然气的家庭安全、环境污染等问题,设计并开发了一种具有集成化、微型化的红外多气体检测系统,通过实验数据的测试对比和数据分析,这种系统达到了微功耗、微体积、宽量程、高分辨率等技术要求,且能集成多气体检测的微型检测系统.重点介绍了红外检测的光学原理,以及从单气体检测引入到集成多气体检测的设计思想和方法,并介绍了有关CAN总线的数据传输方式和无线数据通信方式在系统中的应用.     

基于白光LED光源的地下停车场语音服务系统

针对地下停车场易造成车辆违停、摩擦、车位浪费等问题,给出了一种基于白光LED可见光通信技术的语音服务系统方案。根据光源特性设计了驱动电路和前置放大电路,并以51单片机控制器和ADAU1361音频编解码器为核心部件,组建了基于白光LED光源的语音通信实验系统。将地下停车场整体模型划分为多个空间单元,在空间单元内分别对照度均匀度和光功率分布进行了仿真测试,结果达到了照明和通信的基本要求。结果表明,使用功率为3 W的白光LED光源,有效通信距离可达3.4m,终端利用音频播放器可将语音信息清晰还原,信号传输波形无失真,实现了空间语音信号的单向通信,验证了系统方案的可行性。     

基于二极管激光器的光电探测系统响应时间的测量

光电探测系统在光度测量及光谱检测领域应用广泛,是检测的核心部件.光电探测系统的响应时间反映了该系统能够探测的极限,对其进行准确的测量在实际应用中十分必要.本文展示了一种能够准确测量光电探测系统响应时间的方法,以常用的可调谐二极管激光器(波长为763 nm)为光源,采用方波信号调谐光源输出,测量了系统的响应时间.结果显示,示波器内电阻对系统的响应时间存在影响,当电阻为50Ω时,探测系统的响应时间为4.5μs.降低电阻值,可以进一步缩短响应时间.     

基于煤矿瓦斯浓度的窄带光源谐波检测技术研究

在对煤矿瓦斯气体浓度的检测中,由于噪声、气体的吸收峰很窄、光源波长随温度的漂移等原因将引起测量的不稳定,通过采用对激光器的中心波长和气体吸收峰中心波长对准,测量光经过气体时的损耗就可以检测气体的浓度,利用一次谐波作为误差信号,可将光源精确地锁定在气体吸收峰上,并给出了窄带光源谐波检测的理论依据。实验结果表明,该方法可应用于甲烷气体浓度的光谱测量,它具有高精度、强选择性、快速响应等特点。     

TDLAS气体温度测量过程的建模与仿真

基于可调谐半导体激光吸收谱(tunable diode laser absorptionspectroscopy,TDLAS)的温度测量技术,实现了气体温度测量过程的建模与仿真。采用Matlab中的动态仿真工具Simulink,建立了光源模型、气室模型和数据检测模型。在设定环境条件下,通过模型仿真得到测量的气体温度并进行分析。结果表明:该模型能反映实际的激光调制效果和气室吸收情况,仿真的结果对TDLAS测温系统的研究有一定的参考价值。