基于标定直接吸收光谱方法的近红外乙烯检测

实现乙烯气体（C₂H₄）实时在线精确检测对石油化工、煤矿等行业安全具有重要意义,但是C₂H₄在近红外波段的谱线强度信息不明确,具有谱带吸收特征,且与CH4有明显的混叠干扰,因此对其浓度进行精确检测是目前激光吸收光谱测量面临的共性技术难题。将波长调制光谱中的标定方法与直接吸收光谱相结合,提出了一种适用于C₂H₄气体检测的标定直接吸收光谱法（CDAS）。该方法不需要激光吸收光谱反演过程中的确切谱线强度信息,并克服了波长调制光谱在测量过程中出现的非线性效应。为了避免特定工况（如煤矿）中CH₄的干扰,实验装置采用了高精度压强控制系统,并且在100 mbar（1 bar=105 Pa）稳定压强下实现了CH4和C₂H₄混叠光谱的分离。实验过程中对1626 nm附近的CH4和C₂H₄仿真和实测吸收光谱进行了分析,确定了C₂H₄的标定光谱范围,进而验证了该方法在体积分数低于100×10^-6的范围内,对C₂H₄气体的检测误差不超过-1.47×10^-6,并且测量体积分数与标准体积分数之间的线性拟合优度达到了0.999。对体积分数为10×10^-6的C₂H₄直接吸收光谱进行分析,以1倍信噪比对应的浓度作为检测下限进行等效计算,得到检测下限为1.38×10^-6。在Allan方差分析中,积分时间为77 s时检测精度达到了0.04×10^-6。以上实验结果充分说明了标定直接吸收光谱法能够在近红外波段实现C₂H₄的精确检测,并为此类气体的检测提供了一种新思路。     

压强变化对氢气激光检测吸收谱线影响分析

为解决涉氢装备泄漏氢气激光检测光谱信号分析中线型选择的问题,建立了氢气激光吸收光谱直接吸收浓度反演过程仿真模型,结合Hitran数据库开展了对三种不同线型函数谱线的重构精度研究,研究了压强变化对三种线型函数下氢气吸收谱线吸收系数的影响。结果表明：Gauss线型函数的氢气吸收谱线重构精度在三种线型函数中最高,其重构误差≤0.02%,Voigt线型函数和Lorentz线型函数的最大重构误差分别为0.37%和2.58%,验证了该仿真算法的精确性和可靠性;三种线型仿真得到峰值吸收系数均随压强增加而增大,在1.013 25×10~5.066 25×10 Pa范围内,Lorentz线型的峰值吸收系数最大,该线型下仿真得到的吸收系数峰值最小为Gauss线型的1.38倍、最大为Gauss线型的17.77倍;其值最小为Voigt线型的2.07倍,最大为Voigt线型的18.41倍。本研究为后续深入研究氢气激光吸收光谱检测提供了科学依据,为实际应用提供理论指导和一定参考。     

可调谐二极管激光吸收光谱法监测环境空气中甲烷的浓度变化

可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术是利用二极管激光器波长调谐特性，获得被测气体在特征吸收光谱范围内的吸收光谱，从而对污染气体进行定性或定量分析。通过该方法对环境空气中甲烷（CH4）的含量进行了长时间的监测。以室温下工作的近红外可调谐半导体激光器作为光源；使用多次反射池增加吸收光程来提高检测灵敏度；并且使用了二次谐波检测技术进一步降低了检测限，使检测限低于0.087mg／m^3，满足了对环境空气中甲烷进行监测的需要。     

激光诱导击穿光谱中分析谱线的自适应选择方法

激光诱导击穿光谱技术具有实时在线、非接触式测量和无损分析等优点,在物质检测领域得到了广泛应用,选择合适的分析谱线是其取得良好检测效果的重要基础。结合遗传算法(GA)的全局优化能力和粒子群算法(PSO)的局部搜索能力,提出了一种从激光诱导击穿光谱的原始光谱数据中自适应选择分析谱线与内标谱线的方法,利用该方法选择的分析谱线与内标谱线对铝合金中4种主要非铝元素(Mg、Mn、Si和Fe)进行定量分析,得到的拟合优度均值为0.972,均方根误差均值为0.35%,相对标准差均值为3.53%,最后遍历其他所有分析谱线进行定量分析,并对比它们的定标性能。结果表明,利用PSO-GA搜索优化得到的分析谱线与内标谱线较PSO、GA算法获得的谱线更优。     

温度对CO光谱线吸收的影响分析

为了研究温度变化对CO吸收光谱线的影响,首先从吸收光谱原理出发,采用理论分析的方法,并利用高分辨率分子透射吸收数据库得出与温度有关的CO吸收光谱线谱线强度、综合加宽线型函数和吸收系数,然后通过MAT-LAB数值仿真出温度与CO吸收光谱线的谱线强度、综合加宽线型函数和吸收系数的变化关系曲线,并分析讨论温度与它们的关系。结果表明,温度对CO吸收光谱线的影响,特别是对综合加宽线型函数的影响是复杂的,并且不同激光频率还会影响线型函数和吸收系数随温度的变化关系,这对于实际应用中CO的吸收与测量具有重要的参考价值。     

调谐二极管激光吸收光谱技术中的线形误差与校正

在调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术中,谱线线形的检测精度受激光器调谐非线性和调制幅度的影响,本文针对近红外分布反馈(DFB)激光器,通过激光器的调谐特性曲线定量分析了调谐非线性和调制幅度对吸收线形的影响,提出了调谐非线性校正和调制幅度补偿方法,并通过实验验证了方法的有效性.实验结果表明,调谐非线性校正可以提高谱...     

移相自平衡激光吸收光谱技术的研究

为了提高可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)直接吸收技术的检测灵敏度,解决自平衡探测技术需要两条环境接近的光路而造成的适用性差的问题。采用了一种移相自平衡吸收光谱技术,该技术将信号经过滤波、放大和移相后,两个相差180的信号经过反演就可提取出吸收信号,再对吸收信号及代表光强的直流分量信号进行数据处理便可测得气体浓度。分析显示移相自平衡吸收法能解决自平衡吸收法不能适用于同光路检测的原理性缺陷。结果表明,移相自平衡吸收光谱技术对信号的微小变化具有较高的灵敏度,信噪比也比直接吸收法提高了8倍～9倍,更适用于开放光路情况下的气体探测。为TDLAS在长距离气体检测领域提供了一个有效的高灵敏度探测手段,具有广泛的应用前景。     

2μm附近二极管激光吸收光谱CO2浓度测量研究

采用波长2μm附近的可调谐半导体激光二极管作为光源,结合多步吸收光程和光纤传输技术,通过激光吸收光谱直接测量方法对CO2分子浓度进行测量研究。实验在标定了激光器调谐范围内17条CO2吸收谱线的波长及相应的吸收带跃迁的基础上,研究了不同压力下纯CO2气体在2008nm附近的吸收光谱,由吸收信号随气体压力的变化关系得到低气压下实验装置的系统刻度因子。并进一步对样品气体的CO2浓度进行测量,测量给出CO2分子浓度为(2.754±0.145)×1016 cm-3,测量误差主要来源于目前实验中所使用的气压计的精度和读数局限性。该研究为气体分子浓度测量、同位素含量分析提供了一种光谱测量方法。     

基于激光吸收光谱天然气脱硫中H2S检测系统研究

硫化氢气体浓度的连续监测是脱硫装置中必不可少的部分。提出了一种基于激光吸收光谱技术的天然气脱硫H2S测量系统设计方案,为满足现场高灵敏检测的要求,研制了紧凑型多次反射Herriot气体吸收池模块放置在脱硫塔现场,采用单模光纤传输激光和光电探测器信号直接远距离传输至控制室处理的方式,使得系统具有本质安全的特征。系统在胜利油田某集气站脱硫塔进行了现场检测,结果表明,检测下限为300 ppb,运行稳定可靠,满足天然气脱硫H₂S检测的需要。     

TDLAS燃烧气体温度测量吸收谱线对的选择

高温气体的温度场测量,一直以来是一项重大科研课题,而利用可调谐二极管激光吸收光谱法(TDLAS)测量燃烧气体温度的基础是吸收谱线对的选择。本文首先系统地给出吸收分子及其谱线对的选择标准,而后重点对HITEMP数据库中1547.72 nm附近的水分子吸收谱线进行研究与筛选,通过仿真分析验证了谱线对6460.595 cm-1和6461.271 cm-1适合用于TDLAS高温气体温度测量系统,最后通过搭建的实验设备验证了这一对吸收谱线对很适合用作氢气或碳氢化合物做燃料的高温气体的温度测量,对TDLAS温度场测量系统的设计具有参考意义。     

激光吸收光谱自适应滤波处理算法研究

研究了激光吸收光谱自适应滤波处理算法;提出了一种改进的激光吸收光谱测量系统方案;激光器发射的激光经分束器分成三路;分别构成测量通道、定标通道和参考通道;数据采集电路同步获取三个通道信号数据;定标通道数据用于波长锁定和浓度定标;参考通道信号数据包含了与测量通道相关的噪声;以此为基础构建了自适应噪声抵消器;降低了噪声对测量通道的影响;提高了气体浓度反演的精度。     

燃烧流场温度二维重建多吸收谱线重建方法

可调谐半导体激光层析技术可以实现对燃烧流场温度和组分浓度的二维分布测量。提出了一种基于多条吸收谱线组合的燃烧场温度二维重建方法,该方法利用每条吸收谱线对温度的敏感度不同,采取优化组合的方式得到每组吸收谱线对最佳的重建温度区域。文中使用四条H2O吸收谱线,模拟了温度在300~1 500 K范围时高斯分布和随机分布温度二维重建,比较了采用双线法和多条吸收谱线组合方法的温度重建结果。结果表明:采用吸收谱线组合方法和双线法的温度重建误差分别为0.039 6和0.095 2,吸收谱线组合方法可以有效提高重建结果质量。在实际工程应用中,当可以提前预估流场温度重建范围的情况,采用文中提出的多条吸收谱线组合方法可以二维重建结果质量。     

氢泄漏激光检测特征吸收谱线温度影响分析

针对应用可调谐半导体激光吸收光谱技术检测气体浓度过程中,待测气体特征吸收谱线选择影响检测系统性能及特征吸收谱线强度受温度影响的问题,基于HITRAN数据库开展了背景气体干扰下氢气特征吸收谱线选择及特征吸收谱线的温度依赖机制研究。结果表明：温度在200~300 K范围变化时,H吸光度曲线的峰值和半峰全宽均随着温度升高而减小,在峰值和半峰全宽的双重作用下,积分吸光度大幅下降;H总体配分函数随温度升高线性增长且其不同温度下的比值在谱线强度影响因素中权重最大,最终导致特征吸收谱线强度随温度升高递减。研究为基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的氢气传感器温度补偿提供理论基础。     

近红外混叠吸收线光谱解析及线强测量方法研究

近年来近红外激光吸收光谱检测技术得以飞速发展,其中对吸收线的光谱解析是光谱检测的重要研究内容之一.文章建立了气体激光吸收光谱测量实验平台,重点研究了混叠吸收线光谱检测算法,以6 528.8 cm~(-1)附近氨气吸收线为例,开展了特征光谱解析实验与算法研究.结果表明,结合小波降噪方法后,信号均方根误差降低4.45倍,利用多线Voigt线型拟合算法实现混叠吸收线特征光谱解析,线型拟合残差优于±2%.实验获得了氨气在室温不同压力下的特征吸收光谱,并计算得到各条吸收线的线强参数结果.测量线强与Hitran数据库的相对偏差在5.67~8.2%之间,线强计算的不确定度约为4.6%.有效的混叠吸收线光谱解析算法可实现气体线强参数的准确测量,有益于提高氨气浓度反演的准确性.     

分子谱线参数测量新方法

介绍了一种利用F-P腔透射峰宽度测量分子谱线参数的新方法,论文从多光束干涉叠加原理出发,推导出有样品气体吸收的F-P腔的透过率函数,F-P腔的透过率是样品气体吸收线型的函数,随着样品吸收的增加,F-P腔透射条纹宽度增加.实验测量得到的谱线强度与HITRAN2004数据库数据、谱线宽度与理论计算结果很好地一致.     

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.     

甲醇远红外激光的一条新谱线

甲醇（ＣＨ３ＯＨ）分子是常用的ＦＩＲ激活介质,具有很特别的光谱特征。而小型光泵脉冲亚毫米波激光器是近年来才发展起来的新技术,作者已经成功地研制出管长为１０￣３０ｃｍ的ＣＨ３ＯＨＦＩＲ激光器,并获得谱线。本文利用ＣＨ３ＯＨ分子有表编制成数据库管理程序,对光泵ＣＨ３ＯＨ亚毫米波激光进行计算。代入ＣＯ２－９Ｐ（１６）线振动吸收跃迁的条件及相应的亚毫米波纯转动跃迁所受的跃迁选择条件,将泵频偏限制在±０．０     

红宝石激光诱导钠高离化态谱线

本文作者用高功率红宝石激光激发钠蒸汽，获得7条新的高离化态谱线，并证认其归属，实验结果与理论是一致的。     

基于可调谐半导体激光吸收光谱对CO2浓度的测量

CO₂作为大气中主要的温室气体,其全球变暖影响比例因素为60%,对全球生态系统和社会发展带来严重影响,因此开展CO₂的监测非常必要。基于可调谐半导体激光吸收光谱原理,在室温下通过扫描DFB激光器波长,得到CO₂位于2004 nm的直接吸收光谱,根据Beer-Lambert定律,反演出CO₂浓度。为了验证实验的精度,同时与基于非分散红外原理的生态通量的标准仪器作对比,结果显示两者的测量精确度相当,可以达到0.2 ppm。这些研究为今后的仪器小型化和外场CO₂长时间监测提供了基础。     

一种获得1.3188μm单一谱线Nd:YAGTEM00模激光的新方法

提出了一种获得1.3188μm单一谱线Nd:YAGTEM00模激光的新方法,通过实验验证,取得了满意的效果.