可用于探测大气CO2垂直廓线的无线传感系统

大气CO2是一种温室气体,在气候变化等领域起着关键作用。基于NDIR技术研制了可用于探测大气CO2垂直廓线的无线传感系统。系统采用电调制型的红外辐射光源、双通道探测器并结合超低功耗单片机实现大气CO2信号的采集与控制。提出采用调制信号周期内扣除信号起伏与背景噪声的方法,使得本系统具有0.29%的相对测量误差。通过分时工作的方式解决了数字式无线电探空仪中高频发射机对CO2检测电路运算放大器的电磁辐射干扰,进而实现了气象探空仪与小型化的CO2探测系统的高度集成。通过与地面LI-COR LI7500对比分析,两者表现出较好的一致性,24 h测量数据的相关性达0.89,表明所研制的探测系统的稳定性与准确性。为实现大气CO2垂直廓线的探测提供一种选择。     

非分光红外CO2数字传感器设计与实现

针对市面上非分光红外CO2数字传感器在小型化、数字化、模块化和国产化等方面发展不尽人意。基于不同气体分子的红外光谱吸收特性,利用郎伯-比尔红外吸收定律,运用电子学、机械学和光学等多门学科,对非分光红外CO2数字传感器设计与实现。整体方案设计主要内容包括光源选择、探测器选择、光学气室设计、硬件电路设计、软件设计。通过实验检测,测量结果完全达到设计要求的精度不低于±100ppm、测量范围10ppm~4700ppm。结果表明,仪器测量范围广、精度高、预热启动时间短、成本低和模块化。     

大功率CO2激光器倍频晶体综述

介绍了中红外激光的产生方式以及各种中红外激光器的特点。结合CO2激光器倍频产生中红外的优点,重点讨论了CO2激光器倍频晶体的性能。对常用的双折射相位匹配(BPM)倍频晶体和准相位匹配(QPM)倍频晶体性能进行了比较分析。展望了高功率CO2倍频激光器的发展需要解决的问题及可能的技术途径。     

一种用于CO2气体传感器的新型MEMS红外光源

基于CO2红外气体传感器微型化、智能化、低功耗的发展要求,创新性地提出一种中心温度为407℃的CO2检测用微电子机械系统(MEMS)红外光源芯片.采用X型悬空桥式微热板结构,内部发热区域以环形走线的钨(W)电极为加热丝,以SiO2和Si3N4双层薄膜作为机械支撑保护层,可防止钨电阻丝氧化并提高寿命.电热耦合有限元仿真分析显示,该光源芯片具有发热区温度分布均匀、热响应时间短、功耗低的优点.采用10.16 cm(4 inch)MEMS工艺完成了芯片的流片制造.测试结果表明,该光源芯片在24 ms内即可快速升温至工作温度407℃,功耗低至46 mW,工作电压为2.85V,工作电流为16.2 mA,具有热响应时间快、功耗低、集成度高的特点.     

非色散红外CO2传感器温度补偿方法研究

针对非色散红外CO₂传感器受温度影响导致测量精度低的问题,设计了单光路双通道的非色散红外CO₂传感器,提出一种BP神经网络补偿气室温度的新方法。本文分析了温度对传感器的光源、探测器以及对气体吸收系数的影响,并将BP神经网络补偿气室温度方法与其他补偿方法进行了实验对比。实验结果表明,BP神经网络补偿气室温度方法优于其他补偿方法,在测量10%～20%浓度范围内的CO₂时,最大相对误差为2.98%,重复性实验显示RSD为1.22%,为非色散红外CO₂传感器补偿温度提供借鉴意义。     

中高层大气CO2临边辐射院模拟与观测对比分析

利用更新的高层大气辐射传输软件(SHARC)中的非局域热平衡辐射传输模式模拟了SABER传感器观测的CO2 15m、4.3m宽带通道临边辐亮度,并与相应的SABER实测数据进行了对比分析。讨论了CO2 non-LTE辐射传输的一般特性;验证了SHARC的可靠性,确定了其适用范围。在一定的精度要求下,利用SHARC模式可以较准确地模拟所有中纬度大气条件的CO2 15m、4.3m带临边辐射特性。而若要更精确地模拟中高层大气CO2 non-LTE辐射特性并应用到极地夏季等极端大气条件下,在提高该高度大气参数精度的同时,改进模式的算法也是必要的。     

具有温度补偿的非分光红外CO2传感器设计

近年来,温室效应愈发明显,环境二氧化碳（CO₂）浓度增加带来的副作用严重影响了人们的生产生活。目前,商业化的CO₂传感器体积较大,便携化、高精度、模块化等方面不尽人意,设计了一种基于热释电的非分光红外法（NDIR） CO₂浓度测量系统,主要分为气室结构设计、信号电路设计、软件控制设计与数据处理四个部分。气室结构设计方面采用单通道结构设计,并对气室进行了光学仿真,最终确定了气室的尺寸,有效提高了系统的测量精度。信号电路设计方面设计了一种基于差分方式的小信号放大电路,将有效信号从噪声中提取并放大,提高分辨率。软件控制设计方面应用数字滤波算法,滤除干扰与杂波,提取数据中的有效值,提高信噪比。数据处理方面,搭建CO₂气体测试平台,通过温湿度与峰峰值补偿公式补偿温度对峰峰值产生的影响,再使用25 ℃下曲线拟合法计算气体浓度值,最终通过串口输出。经过测试,该系统测量范围为5%,相对误差值在1500 ppm以内,能够满足防火报警、矿下监测等场合的安全测试需求。     

高超声速流场中CO2的红外辐射研究

文中针对高超声速绕流场中驻点线上的CO2气体展开了辐射光谱的相关研究,分析了CO2 对 整个高超声速目标的红外辐射产生的影响。研究了以球体作为飞行本体,通过计算流体力学的方法,描述高超声速流场中驻点线的物理状态以及CO2的含量变化。以此为基础,通过逐线法计算了不同 飞行条件下绕流场中驻点线上CO2的辐射光谱。估算了发生烧蚀现象时,CO2的辐射光谱。通过理论 计算,发现在典型的高超声速飞行状态下,无烧蚀的纯空气高超声速流场中驻点线上CO2 的红外辐 射远小于飞行器本体的红外辐射。而在有烧蚀的情况下,激波层中的CO2的红外辐射将不可忽略。     

一种基于宽频光源和FP腔滤波的CO2检测系统

介绍了一种基于宽频光源和法布里-珀罗谐振腔(Fabry-Perot,FP)结构的CO2检测系统。该系统为主动光学系统,结构简单、系统信噪比高。从差分吸收激光雷达原理出发,阐述了该系统的基本工作原理,使用HITRAN数据库模拟大气环境,设计系统参数,确定系统工作波段为1.57μm,光源为L波段超辐射LED光源(Super LED,SLED),能量波动值Rip为50dB,输出功率为24.51mW,接收端滤波器为光纤FP腔滤波器,工作中心波长为1.55μm,带宽为60nm,通道间隔为50GHz,设计系统探测误差为2×10-6。     

CO2激光诱导大气放电特性的研究

为了研究脉冲CO₂激光诱导空气放电的特性,建立了高压电容充放电实验平台,采用间距为8mm、半径为10mm的一对球形石墨电极,取得了放电电压和电流的实时数据,采用2阶振荡电路模型对放电电压和放电电流进行拟合得到了电极间激光诱导放电等离子体的阻抗,并对放电时间、放电延时及抖动做了统计。结果表明,激光诱导放电等离子体的阻抗很小,约1Ω~2Ω,拟合得到的放电等离子体阻抗随放电电压、放电电容、以及激光能量的增加而减小;放电延时随着实验条件的变化在2μs~10μs之间变化,放电延时以及延时抖动随着放电电压和激光能量的增加而降低,而受放电电容大小的影响不明显。由此高稳定性的激光脉冲和高压有助于激光诱导放电过程的稳定。     

拉曼激光雷达测量大气二氧化碳不确定性分析

中科院安徽光机所研制了一台ARL-1二氧化碳拉曼激光雷达,本文结合实际大气条件,利用拉曼激光雷达的观测例子和分析仪观测结果,分析拉曼激光雷达测量大气二氧化碳的不确定性。分析结果表明,拉曼激光雷达在对流层低层具有良好的稳定性和较高的测量精度,在较好的天气条件下,1km高度范围内,ARL-1拉曼激光雷达的测量不确定性可控制在1.2ppm内,在2km高度范围内可控制在2.5ppm内。     

长寿命CO_2激光器

实验证明,要获得长寿命的 CO_2激光器的主要措施有:(1)杜绝慢性漏气;(2)电极材料的选择及氧化处理;(3)减少 CO_2:分子的分解。我们的做法是:激光管不经烘烤,并附加水蒸气,电极材料均经真空除气且充氧氧化,在采用纯银电极、气体组分分别为(1)CO_2-N_2-He-Xe-H_2O;(2)CO_2-CO-He-Xe-H_2O;(3)CO_2-N_2-CO-tte-Xo-H_2O 时,运转寿命分别达(1)10476小时;(2)9185小时(仍在运转);(3)9207小时(仍在运转)。而采用纯镍电极,气体组分为 CO_2-N_2-He-Xe-H_2O,运转寿命达1644小时。     

A new three-equation model for the CO2 laser

Three rate equations describing the single-mode CO₂ laser dynamics are derived by applying the theory of linear filters to an improved four-level model. The model is studied in the case of periodic modulations of the losses and compared with the outcome of an experiment, revealing a good agreement     

声光Q开关波导CO2激光器

用Ge单晶作为声光介质首次研制出声光Q开关波导CO2激光器,Q开关激光脉冲重复频率从0Hz到200kHz任意可调。文中对这种Q开关激光器的性能作了介绍。     

CO_2波导激光器的最佳化

计算了内腔封离型CO_2波导激光器的EH_11波导模的传输和耦合损耗,设计并制造了内腔封离型CO_2波导激光器.器件的最高输出功率为3.57W,单位激活长度和体积的输出功率分别为0.27W/cm、17.3W/cm~3.     

混合型TEA CO2激光器

本文给出了一种获得单纵模脉冲激光的装置。该激光器由TEA CO2和CWCO2激光器组成,采用内注入,结构简单易注入成功。本实验得到了预期的结果,并提出了进一步改进的方法。     

Rf-excited All-metal CO2 Laser

本文描述了一个紧凑的封离型,RF激励全金属CO     

封离型CO_2波导激光器

本文报导密封CO_2波导激光器的结构设计、制造及其性能.器件放电长为12.5厘米,由四块BeO陶瓷板贴成1.5毫米方孔而成,腔长为15厘米.最大输出功率1瓦,在150托气压下,用两只波导激光器进行光外差测量,测得在一条谱线上(P_(20))调谐宽度为500兆赫.