基于红外检测的甲烷传感器中光谱吸收理论的研究

分子光谱理论是光谱吸收式光纤气体传感器的理论基础,对于光纤红外法检测有毒气体的浓度具有重要意义。根据朗伯-比尔(Beer-Lambert)理论,首先从甲烷(CH4)气体浓度的定量分析以及分子参数的理论进行研究,再通过分析CH4气体的吸收线得出其吸收系数α(v)的一般方法。由分析得当气体压强P<0.02 atm时多普勒展宽占优势,用高斯线型拟合吸收线;当P>0.l atm时碰撞展宽占优势,用洛仑兹线型拟合吸收线;当0.02 atm相似文献   

本刊对来稿中统计学符号书写要求

利用甲烷气体在倍频2ν3带较强吸收线R(4)支的波长为1 650.96 nm,基于气体红外特征光谱吸收原理,设计了一套多点实时监测甲烷气体浓度的光纤传感器网络,并建立了谐波检测的数学模型.该系统以1 650 nm波段的分布反馈式半导体激光器(DFB LD)作为光源,采用锁定放大器SR830对微弱电信号进行处理.实验表明,系统中单个传感器的分辨率可达200×10-6,长时间的精确度和稳定性均可满足实际要求,单个传感器的响应时间小于2 s.通过理论分析得出系统中各传感器可放置于离地面20 km以上的矿井中,且系统可在多场合进行多点的实时监测.     

单激光源谐波遥感探测甲烷研究

提出了一种利用单一可调谐外腔二极管激光 (ECDL)及谐波探测技术对甲烷进行现场、实时遥感探测方案。通过理论推导计算出该方案在甲烷 2ν3 吸收带的R6支吸收线上理论最小可探测路径 积分浓度为 87× 10 -9。根据该方案建立了实验系统 ,实验结果验证了该方案的可行性并估算出实验最小可探测甲烷的路径 积分浓度为 4 2 0× 10 -9。     

甲烷在1.637μm直接吸收光谱的理论计算和实验比较

介绍一种用Visual Basic 6. 0 实现快速Voigt 拟合的方法,并理论计算了甲烷位于 1637. 64～1637. 85cm- 1 (真空中) 的2v3 带R9 支的直接吸收谱,和实验测得的数据进行了比较,实验结果与理论计算吻合较好,结果表明Visual Basic 6. 0 和Fort ran 6. 0 相比完全能够满足精度需要,充分验证了Voigt 展宽理论,以及R. J .Wells 的算法在误差范围内的正确性。此拟合方法可运用到气体光谱研究当中去。     

基于2.32μm TDL的CO吸收光谱参数测量北大核心CSCD

采用2.32μm的可调谐二极管激光器(TDL)测量了一氧化碳(CO)气体v(0→2)振动带R转动带从R(4)至R(12)9条谱线在N_(2)为背景气下的碰撞展宽系数,且与HITRAN数据库对比并给出了谱线展宽系数随转动量子数的变化关系。本文通过采用WM-DAS方法提高实验信噪比,在不同压力(1~100 kPa)下采用Voigt(VP),Rautian(RP),Galatry(GP)和Speed-dependent Voigt(SDVP)模型对实验测量吸收率进行拟合并探究各类线型不同参数随压力的变化关系。本文还以R(10)谱线为例测量了该谱线在He,N_(2)和Ar为背景气下的碰撞展宽系数和压力频移系数,并探究了Dicke收敛系数和速度依赖性系数随压力变化的非线性关系,且通过定义残差-吸收峰值比,分析了不同背景气下R(10)谱线的收敛效应。最后,本文结合该波长范围内CO谱线的吸收强度、展宽特性和抗H_(2)O分子光谱干扰能力,推荐R(6)和R(10)两条谱线用于工业现场测量CO浓度。     

硫脲ν_(N-C=S)红外光谱研究

测定硫脲分子N-C=S伸缩振动模式(ν_(N-C=S))的红外光谱(IR)。研究发现:在1500 cm-1~1430 cm-1、1450 cm-1~1350 cm-1和1120 cm-1~1050 cm-1的频率范围内,硫脲分子ν_(N-C=S)分子中分别存在着3个特征谱带,分别归属于ν_(N-C=S)(Ⅰ)-1、ν_(N-C=S)(Ⅱ)和ν_(N-C=S)(Ⅲ)。最后采用二维红外光谱技术(2D-IR)进一步来研究温度变化对于硫脲ν_(N-C=S)红外吸收强度及其变化顺序的影响。本项研究拓展了二维红外光谱技术在ν_(N-C=S)的研究范围。     

NaK(E)态的离解和Na(3PJ)精细结构分支比

研究了Na(3S) +K(4S) +nhν→Na(3PJ) +K(4S) +(n - 1 )hν过程 ,激光频率ν调到Na共振跃迁的两翼 ,分支比定义为I(D1 ) /I(D2 ) ,I(D1 ) ,I(D2 )分别是NaD1 ,D2 线的强度 ,在K密度 2～ 8× 1 0 2 0 m-3 范围内 ,测量了从Na共振跃迁的蓝翼 30 0cm-1 到红翼 1 0 0cm-1 的分支比 ,得到了离解率之比和精细结构转移截面 ,在近翼 ,分支比与ν有很大的关系。用对Na3PJ 态共振激发的方法 ,也得到了精细结构转移截面 ,对结果进行了讨论     

基于波长调制技术的吸收谱线线型函数测量

在可调谐二极管激光吸收光谱技术中,直接吸收法通过对透射光强拟合可直接得到线型函数,但目前具有较高信噪比的波长调制法不能对其进行有效测量。提出一种基于多次谐波的线型函数测量理论及方法,通过谐波通项表达式推导出谱线中心频率处二次与四次谐波比值仅与线型函数和调制系数有关,当调制系数m为2.492 8时,无论线型函数中Gauss线宽和Lorentz线宽所占比例如何,二次与四次谐波比值均为2.186 2,根据该点的特征可首先得到谱线半宽,然后将其应用于弱吸收条件下2f/1f气体浓度免标法测量。实验中采用2 326.82 nm处谱线对CO浓度进行了测量,其结果与传统直接吸收法测量结果误差小于2%。文中为波长调制法中线型函数的精确测量提供了重要的理论依据,进一步完善了2f/1f免标法。     

基于傅里叶变换的差分吸收光谱法测量NH_3和SO_2浓度的实验研究

针对氨气(NH3)和二氧化硫(SO2)气体吸收谱线在196~214 nm波段区域存在谱线重叠的问题,在采用傅里叶变换的差分吸收光谱法测量气体浓度基础上,采用分波段方法,解决NH3和SO2特征频谱相互串扰对测量的影响,采用非线性修正方法,解决在SO2高浓度情况下出现的非线性吸收对NH3气体测量的影响,采用经验模态分解(EMD)降噪处理方法,提高信噪比,最终实现对NH3和SO2气体浓度的同时准确测量。实验结果显示,NH3各个浓度测量误差均在±0.15 m L/m3以内,相对误差不超过±1.5%,最低可探测浓度为1.5 m L/m3;SO2各个浓度测量误差均在±2 m L/m3以内,相对误差不超过±1%,最低可探测浓度为16 m L/m3。     

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。     

1.65μm CH4低温吸收光谱特性研究

在CH_4吸收光谱参数运用于对地球大气以及外星球的遥感探测和模拟上,CH_4光谱参数的准确性十分重要,尤其是在低温情况下的光谱参数。HITRAN数据库中CH_4给出的低温情况下的参数并不完整,同时存在较大的误差.为了对1.65μm的CH_4低温吸收光谱进行测量,采用窄线宽的二极管激光器作为光源,结合自主设计的低温装置,测量了CH_4的低温吸收光谱特性,同时给出6039.70 cm~（-1）处CH_4的低温吸收光谱作为典型给以阐述,并对吸收谱线自展宽系数的温度依赖系数的测定方法进行了讨论。     

1.65μm CH4低温吸收光谱特性研究

在CH₄吸收光谱参数运用于对地球大气以及外星球的遥感探测和模拟上,CH₄光谱参数的准确性十分重要,尤其是在低温情况下的光谱参数。HITRAN数据库中CH₄给出的低温情况下的参数并不完整,同时存在较大的误差.为了对1.65μm的CH₄低温吸收光谱进行测量,采用窄线宽的二极管激光器作为光源,结合自主设计的低温装置,测量了CH₄的低温吸收光谱特性,同时给出6039.70 cm^-1处CH₄的低温吸收光谱作为典型给以阐述,并对吸收谱线自展宽系数的温度依赖系数的测定方法进行了讨论。     

K（6S）＋H2→KH〔X^1∑^＋（V=0,1）〕＋H反应截面的测量

利用泵浦—检测技术,研究了K（6S）与H2反应生成的KH〔X^1＋（V,J）〕分子的转动态分布,利用激光感应荧光光谱（LIF）,确定了v=0,1振动能级上的转动态分布。转动态分布与热统计分布基本一致。记录X^1＋（V,J）←A^1＋（V′,J＋1）时间分辨荧光,从荧光强度的对数值给出的直线斜率得到它的自发辐射寿命。K激发态原子密度由激光能量吸收得到,反应生成物KH分子密度利用光学吸收法得到。由速率方程分析,得到σ（V,J）,对J求和,得到的σ（v）分别为（1.4±0.6）×106-16cm^2〔对v=0〕,σ（V）为（1.2±0.5）×10^-16cm^2〔对v=1〕。     

激光光谱法等离子体裂解甲烷深度的实验研究

利用甲烷的强吸收振动带v3,采用吸收光谱法通过测量3391nm He-Ne激光穿过等离子体反应管的透射光强来考察甲烷完全裂解时间随放电电流和气压的变化规律.实验结果表明:对实验所用的封离系统,在直流和高频(33KHz)放电条件下,所得的甲烷裂解率分别为96%和98%.甲烷完全裂解的时间随气压的增加而增加,随放电电流的增大而减小;裂解效率直流放电比高频放电的高.     

酒精含量近红外光谱检测的最佳分析谱段

在近红外光谱酒精含量测量中,通常是通过分析酒精C-H键和O-H键的倍频或合频吸收峰来确定酒精度,基于样本归一化透射率光谱图提出酒精含量分析最佳谱段大约在1230nm～1450nm范围内,即O-H键一级倍频吸收峰与C-H键二级倍频吸收峰之间的波段。采用BP神经网络对58个具有不同酒精度的样本进行了建模分析,得到预测标准偏差为0.0136、相关系数0.9985、平均绝对误差0.0109,获得了较好的测量结果。     

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。     

Co：MgF2晶体的光偏振吸收特性

以1320nm波长YAG激光为光源,测定Co:MgF2晶体几种吸收态的激光能量透过率及其吸收系数,高吸收态处于π偏振和光轴方向,吸收系数分别为135cm^-1和1.20cm^-1。     

Nd:GdVO4的晶体生长和光谱特性

本文用提拉法生长出尺寸达 φ30 min×40mm的优质 Nd:GdVO4晶体,研究了其光谱特性。该晶体的吸收边为 342 nm,在 809nm的吸收系数为 4.61/cm。在 342～2500 nm,Nd:GdVO4晶体的吸收主要为Nd3 的特征吸收。     

基于LIBS 技术铝合金中铁元素的定量分析

为了精确得到铝合金标样等离子体的电子温度和电子密度,实验采用激光诱导击穿光谱技术,利用532 nm 调Q Nd:YAG 激光器诱导产生铝合金E311 等离子体。测量铁原子谱线(381.59 nm)的Stark 展宽(0.12 nm)得到等离子体的电子密度是4.31016 cm-3;基于铁原子谱线(370.56, 386.55,387.25, 426.05, 427.18, 430.79, 432.57, 440.48 nm),利用迭代Boltzmann 算法,得到回归系数为0.999时等离子体的电子温度是8 699 K。基于铝合金标样(E311、E312、E313、E314、E315、E316)和铁原子谱线404.58 nm,建立了铁元素的标准曲线,计算得到铁元素的探测限是0.0779 wt%。等离子体特征参数表明铝合金等离子体满足光学薄和局部热力学平衡状态。     

等离子体化学气相沉积非晶SiOx∶H（0≤x≤2.0）薄膜的红外光谱

以等离子体化学气相沉积法（PECVD）在300℃下用SiH4和O2混合气体制备了非晶SiOx∶H (a-SiOx∶H,0≤x≤2.0) 薄膜,并用傅里叶红外光谱（FT-IR）测试分析了薄膜中的Si—O—Si键红外吸收特性.Si—O—Si伸缩振动模在1050cm-1和1150cm-1附近有两个吸收峰,而弯曲振动模在800cm-1附近有一个吸收峰.1050cm-1和1150cm-1吸收带的吸收强度之和Isum与薄膜中的Si原子密度NSi之比Isum/NSi在氧含量x=0—2.0的范围内和x成正比.求得氧含量比例系数ASiO（Si—O谐振子强度的倒数）为1.48×1019cm-1.另外,a-SiO2薄膜的800cm-1和1050cm-1吸收峰的表观吸收系数αapp和膜厚d成正比:αapp=kd,求得吸收比例系数k分别为3.2×103和2.9×104cm-1.比较发现k值的大小和a-SiO2薄膜的致密性密切相关.利用上述ASiO和k比例系数,可快速简便地用非破坏性的FT-IR测定PECVD a-SiOx∶H的氧含量x以及a-SiO2的膜厚d.