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。     

基于TDLAS甲烷遥测的数字锁相电路设计

针对以往甲烷测量系统体积庞大、探测距离较近的缺点,提出了基于分布式反馈激光器(DFB)的天然气运输管道安全检测方法及电路设计。重点对基于现场可编程门阵列(FPGA)的正交数字锁相放大器进行设计以及分布式反馈激光器驱动电路和温控电路进行改进设计,并对FPGA核心控制电路、激光器驱动电路以及温控电路进行理论研究与实验验证。采用一次谐波和二次谐波比值计算激光路径中的气体浓度。实验结果表明:系统的最低探测浓度达到20×10~(-6),探测距离达到40 m,实现系统远距离、高精度探测。     

基于TDLAS的火力发电厂锅炉燃烧CO浓度检测系统设计与应用

为提升火力发电厂锅炉燃烧效率,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术和长调制光谱检测技术,设计锅炉炉膛燃烧CO在线检测系统,同时对系统误差进行了计算分析。结果表明：通过锁相放大器对探测到的激光信号进行调解,可以减小噪声对检测精度的影响;造成检测系统误差的主要因素包括初始激光强度、吸收光程、温度、二次谐波峰值、压强和调制电流幅度等6项,且误差分配结果依次为0.1 mW、4 mm、1 K、2 mV、0.05 atm和0.02 mA;通过蒙特卡洛方法对误差分配结果进行验证,结果显示系统极限误差仅为0.023%,满足检测精度要求;基于误差分析和分配结果,搭建实验平台,对10组浓度为2.5%的CO气体进行了检测,结果表明：CO浓度检测绝对误差为-0.01%～0.01%,均远小于0.025%的误差要求,表明本系统具备较高的检测精度。     

基于TDLAS的矿用激光一氧化碳传感器的设计

目前煤矿普遍采用基于电化学测量原理的一氧化碳检测装置,为解决其在实际应用中存在的测量精度低、标校周期短、探头寿命短、易受背景气体干扰产生误报警等问题,文章设计了一种基于TDLAS的矿用激光一氧化碳检测系统;该系统采用更低功耗的垂直腔面发射激光器(VCSEL)替代DFB激光器,以ARM和FPGA为核心,实现了一氧化碳的实时准确测量;测试结果表明,该传感器的基本误差不大于测量值的2％,响应时间小于15 s,可靠性高,能有效解决电化学原理检测装置现存的问题,对提升煤矿安全监测的可靠性,减轻设备运维的工作量具有重要的现实意义.     

TDLAS技术温度测量的不确定度分析方法研究

随着可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术在工业测量与科学研究领域的广泛应用，对其测量结果的质量进行量化评定已成为迫切需要。以一套已集成的TDLAS测温系统为例，根据最新国家标准，基于不确定度传播律，理论分析了影响测温结果测量不确定度的因素，给出了评定TDLAS测温系统在线测量结果不确定度的一般方法。分析表明TDLAS系统测温结果的测量不确定度随所测温度值的变化而变化，并受所选谱线参数、吸收信号信噪比、系统响应情况等条件的影响。理论推导了针对测温系统的不确定度评定公式，结果表明对特定测温范围与测温系统，需对其进行温度标定，补偿系统误差。     

车载激光甲烷遥测系统的设计

为了解决传统燃气巡检设备检测效率低、检测距离近的问题,文章结合可调谐激光吸收光谱技术和地物的后向散射特性, 设计了一套车载激光甲烷遥测系统,并进行了模拟测试。测试表明,该系统对甲烷气体的最低检测限为5 umol/mol,可探测距离150米,体积分数为0.1%的甲烷气体泄漏,并能在车速为50km/h行驶时,检测到燃气泄漏点,检测距离远、响应速度快、灵敏度高、抗干扰能力强,很好的满足实际探测需要。通过燃气公司实际应用表明,该系统极大地提高了燃气巡检效率,减少燃气巡检周期,非常适合长输管线的快速巡检,实用性强。     

基于TDLAS的汽车尾气测量系统

设计和构建了一个基于近红外可调谐激光二极管吸收光谱学技术的汽车尾气测量系统。在1583.69nm波段附近测量CO和CO2的吸收光谱,获得CO、CO2的动态浓度用于汽车尾气控制研究。描述了相关的电子系统和光路系统,特别对开放光路气室和自平衡光电接收器作了详细分析。还设计了基于DSP的数字FIR滤波器和数字锁定放大器以降低系统的白噪音和获得更高的灵敏度。     

基于TDLAS的CO和CO2便携式遥测仪设计

本文介绍一基于TDLAS技术的便携式CO和CO2遥测仪的设计.对该遥测仪的工作原理,系统设计与嵌入式软硬件实现作了较详细的分析.利用地面等作反射物获取数据,以及波谱调频二次谐波检测技术达到高速高精度的检测.     

民用机载软件集成过程的技术研究

民用机载软件的研制以DO-178B标准为指导.与传统的软件工程相比,DO-178B标准更面向目标和过程.该标准为各个等级的软件提出了相对应的目标,申请者需要向局方提供证据以表明研制的软件满足适航目标.软件的编码和集成过程,该标准要求集成过程的输出是正确和完整的.但该标准中并没有提出如何满足这个目标.本文通过无线电调谐软件对软件编码和集成过程以及对软件编译和链接过程的研究,提出一种方式来满足DO-178B标准的这一目标.     

烯烃聚合产物中微量水分测量的激光传感器

微量水分的测量在各种石油化工(例如烯烃聚合)的生产过程中具有重要意义。介绍了SpectraSensors公司基于波长调制光谱技术研发的用于测量烯烃聚合过程中微量水分的SS2100分析仪。一种不同的测量方式用于消除背景气体(例如乙烯和/或丙烯)的干扰,可以精确测量0～3×10-6范围的微量水分。在乙烯和丙烯中,测量重复性(3σ)为(5～10)×10-8;在其它碳氢化合物比如烷烃物中,优异的测量重复性(3σ)可达(2～6)×10-8。演示实验中证实了分析仪的灵敏度和精确度。     

基于拉曼激光雷达的大气水汽监测系统设计

针对当前大气水汽监测系统数据处理时间长,监测准确率低的问题,设计了基于拉曼激光雷达的大气水汽监测系统;采用激光发射器,将纳米棒放置在发射器内部的绝缘硅层上,连接原子级光滑银,产生共振磁场发射激光,确保发射频率稳定性,利用光电接收器,接收发射并折返激光波,监测大气水汽并记录相关数据,运用信号处理器,由分光器件获取并交由光电倍增管缓存实时数据,完成系统硬件设计;通过拉曼激光雷达技术,采集大气水汽信号,探测大气中散射光子数和回波光干数,根据监测数据,计算大气水汽的信噪比,推导出大气中水汽占比,完成系统软件设计,实现大气水汽实时监测;实验结果表明,基于拉曼激光雷达的大气水汽监测系统的数据处理时间为21.6 s,监测准确率可高达91%,能够有效缩短数据处理时间,提高监测准确率。     

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。     

基于光频域反射仪的机载光缆连接检测技术

现阶段主要通过光时域反射仪（OTDR）检查机载光缆的连接情况,但商用OTDR的最优空间分辨率仅为分米量级且存在“死区”,无法对相距仅为厘米量级的连接头进行检查,在总装和试验试飞阶段多次导致光缆故障排除进度拖延。因此提出使用光频域反射仪（OFDR）对机载光缆网络进行高空间分辨率检测。搭建OFDR系统,利用相位噪声补偿算法解决激光器相位噪声和扫频非线性问题,达到5 mm空间分辨率指标。利用该系统对实际机载光缆进行检测,可以正确区分相距仅4 cm的两个连接器,准确定位了连接故障位置,有效提高了光缆故障排除效率。     

基于RTP的机载网络视频同步回放技术

在飞行试验中,机载视频数据是试飞测试数据中的重要组成部分。为了解决多路机载网络视频数据同步回放的问题,提出了基于RTP/RTCP协议的机载多路网络视频数据同步回放方案。采用网络视频数据分流和预处理机制,首先通过对数据包进行识别,从机载记录的数据进行分流提取出网络视频数据包,然后经过对RTP封装的H.264视频数据进行解包、时间计算等处理后,利用FFmpeg良好的解码能力对一帧图像进行解码,利用SDL优异的视频性能显示YUV数据,采用基于时间戳同步机制实现多路机载网络视频的快速同步回放。软件采用模块化和多线程设计思路,提高处理效率,保证功能的可扩展性。目前该系统已成功应用于多路机载网络视频同步回放中,实际应用效果表明,该系统工作稳定,能够有效提高型号试飞效率。     

基于虚拟仪器技术的机载产品测试系统研制

为保证某型飞机机上飞控系统的供电安全性,针对某型机载产品的测试特点及其测试需求,研制一种基于LabVIEW开发平台的某型飞机机载产品专用测试系统,重点对测试系统硬件与软件选型进行分析与设计,通过软件开发和系统功能测试验证。结果表明：该系统的运行可靠稳定,可以满足该型机载产品各项性能的测试需求。     

基于抽象工厂模式的机载显示系统图形生成技术研究

机载显示系统直接关系到先进航电系统的性能和成本,针对机载显示系统的特点、性能要求,分析了目前机载显示系统存在的复用率低、不易于移植、继承性差、无法重构、成本高等缺陷。提出了基于抽象工厂模式的图形生成设计新思想,对机载显示系统图形库进行分类、分级抽象,建立图形处理模型、图形绘制模型和显示模型三级架构,统一了字符、图形、窗口的模型处理方法。基于OpenGL实现了图形模型开发库和机载显示系统图形生成架构,以该方法实现了某型飞机显示系统的开发,实验证明,该方法实现了显示系统通用开发技术和软件重构技术。     

基于虚拟仪器技术的测控系统

虚拟仪器是未来的发展方向，本文介绍了虚拟仪器的基本知识及现状，描述了PXI总线技术开发的液压泵源测控系统的具体过程。系统采用变频调速系统与比例截流阀作为液压泵源加载系统，采用LabVIEW软件作为开发平台，能较好的完成各种实验要求。     

高密度磁记录技术研究综述

大数据时代对大容量磁盘的需求日益增长,而在对现有的磁盘不进行较大改动的前提下,叠瓦式磁记录技术SMR是提高磁盘存储容量的最佳选择.近年来,兴起了一种新的磁记录技术——交错式磁记录技术IMR,它可以获得比SMR更高的存储密度和随机写性能.首先介绍了SMR磁盘的内部叠瓦式结构以及由此带来的数据写放大问题,并对缓解数据写放大问题的数据管理方式、性能特性评测以及基于SMR的上层应用系统方面的研究进展进行了概述;然后对新兴的IMR磁盘内部结构及其数据写放大问题进行了介绍,并对其将来的研究方向做了一定的分析和展望;最后对SMR磁盘和IMR磁盘在存储密度、数据写性能等方面进行了比较分析.当前有很多基于SMR磁盘的上层应用系统,这表明SMR磁盘可以高效地替代传统磁盘来构建大型的存储系统,而IMR磁盘的优势也将使其未来的发展前景可期.     

基于虚拟仪器技术的信号测量分析仪的设计

针对传统仪器功能单一、传统编程语言的不足,采用计算机多线程技术、虚拟仪器技术等,根据信号自身的特点．结合信号处理方法,利用LabVIEW软件设计了虚拟信号测量分析仪。该分析仪可以对信号进行仿真、采集、多种时域参数的测量、小波降噪和频谱分析等功能,还可以实现波形的存储、回放。另外。该系统具有界面友好、扩展性强的优点,设计者可以通过软件改变系统功能,使用方便直观。经实践证明本软件达到良好的效果,可以进行推广。     

煤矿涌水量的灰色RBF网络预测模型

为了达到准确、快速预测煤矿涌水量的目的,实现煤矿井下可靠、节能自动排水的需要,首先采用1-AGO对数据进行处理,得到规律性较强的累加数据,建立灰色预测模型,再利用径向基(RBF)神经网络对灰色预测模型结果进行预测,以作为其最终的预测值;利用某矿-600m工作面年均涌水量的历史数据进行建模,实验结果表明,灰色RBF模型在预测精度方面优于单一的灰色模型;其模型计算简便,减弱了数据的随机性及模型误差,提高了煤矿涌水量的预测精度。