用于二氧化碳浓度红外检测的温度补偿研究

二氧化碳(carbon dioxide,CO₂)浓度监测是实现碳达峰、碳中和的重要基础,非分散红外(non-dispersive infrared,NDIR)检测技术作为温室气体测量领域应用最为广泛的技术之一,如何有效抑制温度漂移、确保长期监测数据的稳定性和可靠性是研究重点。实验表明,光源光功率、气体吸收线强、滤光片中心波长等容易受到环境温度影响。文中提出一种红外气体检测的温度补偿方法,研制了用于大气二氧化碳浓度红外检测的分析仪。选取以4.26μm为中心波长的CO₂气体吸收线;利用高低温试验箱,对分析仪进行温度补偿实验研究;配置标准CO₂气体浓度,对分析仪进行浓度标定实验研究。测量结果表明,红外CO₂气体分析仪浓度测量稳定,温度补偿显著,具有快速响应、应用范围广等优点。该红外CO₂气体分析仪为陆地生态系统碳收支监测等领域提供可靠数据支撑。     

长波碲镉汞探测器工作温度对输出图像的影响

为分析长波碲镉汞探测器在高低温环境下盲元增加的问题,通过试验对长波碲镉汞探测器组件进行测试,并观察输出图像。可以发现,改变环境温度后,经探测器校正的所得图像发生变化。分析原因并对其进行了试验验证。结果表明,环境温度会影响探测器的输出图像及性能,即芯片的工作温度变化会引起暗电流和波长变化。     

TDLAS技术气体检测二次谐波信号的仿真与分析

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术结合半导体激光器可调谐的特点及气体分子对特定波长能量光的吸收特性,凭借灵敏度高、响应时间短等优势广泛应用于气体浓度检测。TDLAS技术气体浓度检测包括波长调制、气体吸收、二次谐波解调等环节,吸收信号的二次谐波分量携带气体浓度信息,用于计算气体浓度。利用MATLAB对气体检测过程进行了信号仿真,并利用数字锁相放大算法提取了二次谐波信号,验证了二次谐波与气体浓度的关系。通过仿真分析了二次谐波信号随调制系数的变化关系,以便确定较佳的调制参数,为后续系统搭建与气体检测实验提供参考。     

新型无TEC的非制冷IRFPA读出电路研究

为了降低非制冷红外焦平面阵列的功耗,研究了去除热电制冷器（TEC）等温度稳定装置的读出电路。通过对微测辐射热计的电阻温度特性的分析,设计了一种新型无需温度稳定装置的读出电路,该电路的Flash存储器存储不同温度下的校正系数,温度传感器实时检测探测器的环境温度,从Flash中取出相应的温度校正系数送入数模转换器(DAC),通过DAC的电压输出来控制探测器偏流以进行环境温度补偿。HSPICE模拟结果表明,电路输出与探测器工作的环境温度无关,系统的总功耗下降了80%,同时电路噪声保持在一个较低的水平。     

高压变电站室内SF6浓度的红外激光吸收检测方法研究

为了实现高压变电站室内SF6气体浓度的精确实时检测,对红外激光吸收方法用于SF6检测进行了研究和分析.根据SF6气体在红外波段(10.55 μm)的强吸收特性,研究了在该波段下SF6吸收特性和其浓度之间的关系,并得出了二者之间的关系曲线.该方法为高压变电站室内SF6气体的定量检测提供了理论基础.     

甲烷在3.39μm波段的吸收特性及应用的研究

本文报导了甲烷气体在3.39μm波段的吸收特性,及其在3.39μm波段多波长干涉测量中的应用。通过改变甲烷吸收室的充气参数,使激光器工作在双等光强工作点,并完成了绝对距离的干涉测量。     

基于多波段混合气体吸收谱线的波长标定方法研究

为实现光纤扫描光源宽调谐范围内输出波长的高精度标定,提出了一种基于多波段混合气体吸收谱线的波长标定方法。采用分段阈值二阶导极值法和洛伦兹线型拟合法从混合气体吸收光谱中提取多条谱线中心位置,以其波长和驱动电压为参考点对Fabry-Perot(F-P)可调谐滤波器的迟滞非线性特性进行二次多项式拟合标定。将C2H2在C波段的吸收带与CO2在L波段的吸收带相结合,选取了21条C2H2谱线和16条CO2谱线作为波长参考。将本方法用于C+L波段的光纤光栅(FBG)波长解调,在0~60℃范围内波长拟合标准差小于3.3pm,线性相关系数大于0.999 8,系统稳定性误差小于2.6pm。     

红外光学气体检测中的参数修正函数浓度计算与补偿方法

从红外光谱吸收理论出发,提出了一种高精度的红外光学气体传感器气体浓度信号处理方法。重点阐述了气体浓度计算模型的建立和各参数的实验确定方法。从气体浓度计算的原理分析入手,通过逐步修正郎伯-比尔定律得到了一个有效的气体浓度函数关系式,供计算气体浓度用。为了减少外界温度对传感器检测结果的影响,实施了温度补偿,使得传感器能在不同温度条件下使用。经测试,传感器达到了10010-6的分辨能力,具有良好的稳定性,能够满足许多场合的使用。     

非色散光学法NO_2浓度测量技术研究

主要研究了一种利用非色散光学法进行NO_2浓度检测的技术,其基本原理是利用NO_2在紫外可见光波段有较强吸收的特点,根据朗伯-比尔定律通过预先标定好的气体吸收率与浓度的关系曲线来推导气体浓度信息。在实验室使用光谱仪、氙灯和已知浓度的一系列标准样气进行实验,从光谱仪测得的290~410 nm范围的光谱数据中选取带宽为5 nm的四个波段,分别计算不同气体浓度下的吸收率,然后分别与浓度作多项式拟合。通过对比不同波段范围和拟合阶次下的拟合相关系数,确定了一个拟合效果最好的波段和拟合阶次,为滤光片的选择提供了依据。     

基于可调谐半导体激光光谱大气CO_2监测仪

中红外为分子的基频吸收带,利用可调谐二极管吸收光谱(TDLAS)技术,扫描气体的单根吸收谱线,可以对温室气体进行高灵敏度探测。介绍了利用2704nm波段激光器结合直接吸收的方法对温室气体进行探测的小型化光谱仪的研制。利用数字信号处理器(DSP)对吸收信号进行采集处理,并根据环境温度值和海拔高度对气体吸收浓度进行校正,同时对激光器波长进行锁定,保证了探测精度,最后对结果数据进行存储。系统采用电池供电,响应时间为1.6s,检测限为5×10-7,实验对系统进行了长时间测试,验证了系统的稳定性和可行性。