酒精蒸汽近红外高分辨光谱获取方法研究

酒精是相对复杂的分子,在常压下为宽带吸收,其OH基团的泛频吸收区位于近红外7000～7300cm-1处.利用可调谐二极管激光光谱学(TDLAS)方法测量了含有少量水汽的酒精蒸汽在7180 cm-1附近的吸收谱线,通过多项式拟合消除水汽吸收谱线干扰,获得了酒精蒸汽的特征吸收光谱,其半高半宽为1.3cm-1;并对不同浓度酒精蒸汽吸收谱线线型做了研究,证明其线型与酒精分压不相关,为发展基于TDLAS酒驾遥测技术奠定了基础.     

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＜P＜0.l atm时两种展宽都存在,这时用伏格特线型拟合吸收线,理论上得到很好的结果。     

基于近红外光谱吸收的高精度原油低含水测量方法

基于近红外光谱吸收原理和光纤传感器技术,提出了用于原油低含水率测量的方法和实验系统。该方法具有测量速度快,精度高,对油品无污染,适合于长期在线连续测量的特点。特别适合于油田转油站、脱水站、联合站等生产单位对原油的含水质量检测和生产过程控制要求较高的场合。在体积含水率0~5%的测量范围内,体积含水率的测量分辨率好于0.005%,体积含水率0~1%范围内的测量误差可达±0.01%。     

CO2高温光谱参数测量系统设计与实验

CO_2和CO被称为燃烧效率指示性气体,燃烧流场中CO_2的精确测量对工业燃烧过程的节能减排和发动机燃烧状态诊断等都具有重要意义.研究CO_2气体的高温光谱参数,包括:线强、自加宽系数、温度系数,可提高燃烧过程中CO_2浓度的测量精度和可靠性.为了获得可用于燃烧诊断的CO_2吸收线的高温光谱参数,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术设计了一套最高温度可达2 073 K的精确控温控压气体光谱参数测量系统.采用该系统开展了CO_2R(50e)吸收线(中心频率为5 007. 787 cm-1)的高温光谱测量实验,获得了温度范围1212～1873 K内多个压强下的纯CO_2气体的大量高温吸收光谱,经热辐射背景扣除、基线拟合、时频转换、多线组合非线性最小二乘法拟合等数据处理过程,得到温度范围1 212～1 873 K内CO_2R(50e)吸收线的线强、自加宽系数及温度系数,其中线强不确定度1. 5%,自加宽系数不确定度小于4. 5%.这些参数是对现有数据库的补充和完善,对燃烧诊断中的CO_2浓度检测有很大帮助,能够满足燃烧过程中CO_2浓度精确反演的需求.     

小波降噪对TDLAS 干涉抑制的研究

基于多光程吸收池的可调谐半导体激光吸收光谱 (TDLAS) 系统在检测过程中容易出现噪声干扰, 影响着其 实际检测性能。针对这种干扰的特征进行分析, 提出利用小波降噪法来改善 TDLAS 系统的探测性能。首先依据理论 研究结果选择合适的小波函数和分解层数, 然后通过这种小波对叠加干扰的仿真信号进行滤波, 结果表明这种降噪技 术具有良好的去噪效果。最后利用小波降噪技术处理了实验采集的不同浓度气体的直接吸收光谱 (DAS) 和二次谐波 信号, 相比于原信号, 降噪后信号的信噪比从 0.4 增加到 259, 系统的检测限也达到 7×10−6, 表明小波降噪方法在气体 光谱检测中具有较高的应用价值。     

强激光光束质量评价和测量方法研究

长期以来对于强激光光束质量一直没有统一的评价标准和规范的测量方法,这给强激光系统的试验鉴定带来很大困难,也给科学研究和工程应用带来诸多不便。针对系统性能测试评价的迫切需要,对此问题进行了分析和研究,提出了一种光束质量的评价方法和具体的测量方法及技术。     

高灵敏激光吸收光谱仪监测北京城区甲烷浓度变化

利用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)对环境空气中的甲烷进行了测量.选择不受干扰的1.65μm处的吸收线对甲烷进行浓度监测.在2005年秋季对北京城区的甲烷气体以1min的时间分辨率进行了近1个月的连续监测.甲烷的浓度在19:00左右开始上升,在凌晨01:00左右开始下降,具有明显的周期性.浓度最低值出现在白天,而最大值出现在夜里,给出了甲烷的日变化和连续监测结果.     

近红外光谱技术在激光热疗监测中的应用研究

针对激光热疗中生物病变组织光学参数随温度变化的特点,将近红外光谱技术应用于激光诱导肿瘤间质热疗疗效监测,在线检测激光作用后生物病变组织的温度与光学参数的变化趋势,以此来对疗效进行评估。基于监测原理分析,设计实验系统,以肝癌小鼠皮下移植瘤为实验对象,研究不同激光功率和作用时间下,生物病变组织约化散射系数和温度的变化,并利用核磁共振成像技术对移植瘤术前、术后的影像进行对比。实验结果表明:病变组织的约化散射系数在激光热疗过程中呈上升趋势,起始阶段上升较快,达到一定数值后趋于稳定,整体变化趋势与温度变化趋势比较吻合,核磁影像对比也证实了治疗效果。因此,通过近红外光谱技术监测激光热疗中病变组织约化散射系数的变化可有助于指导临床激光热疗。     

甲烷红外吸收光谱随环境变化关系研究

基于气体谱线展宽理论,数值模拟了甲烷泛频带2ν3的R(9)支吸收线型。利用可调谐半导体激光器从实验上测量了甲烷2ν3的R(9)支吸收线型。通过扫描1637.6～1637.92 nm甲烷混合气体的吸收光谱,计算得到甲烷自展宽系数(0.0725±0.008)cm-1/atm,空气碰撞加宽系数为(0.0335±0.0012)cm-1/atm。并首次从理论上给出了甲烷1637.8 nm吸收峰中心波长,在标准大气压条件下,随甲烷浓度变化的关系。对提高激光调制技术测量气体精度,具有重要意义。     

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。     

基于TDLAS技术的空气气压精确测量

基于可调谐激光二极管吸收光谱(TDLAS)技术,通 过测量水汽吸收线的展宽,实现了气体压力的精确测量。实验中光源被 分为两束,一束通过压力可调的样品池获得吸收光谱数据,另一束通过FP标准具用以波 长定标。选取 水汽在7243cm－1附近的两条吸收线, 利用测得的10～20kPa之间的水汽吸收线压力展宽值对 HITRAN数据库中的空气展宽系数进行校正。实时测量了参考气压值从30～100kPa时的 水汽吸收线压力展宽,计算得到气压值并与参考气压进行比较,不同参考压力下利用水汽7243.075cm－1 和7242.370cm－1处吸收峰计算结果与参考气压值的偏差分别分布于0.9%附近和2.0%附近,两条吸收谱线 测量结果波动均小于0.2%。实验测量结果与参考值几乎一致,且同一条件不同次测量结果波 动较小,证明了TDLAS技术应用于实时环境气压精确快速测量的可行性。     

（英）高压甲烷近红外吸收光谱展宽特性及参数精确测量

通过搭建的测量实验平台,获取了甲烷6 046.96 cm^-1处高压气体吸收光谱.通过经验模态分解算法减弱了高压引起窗片形变而产生的探测噪声,吸光度信号的均方根误差（RMSE）降低了3.87倍,通过洛伦兹线型拟合算法获得的吸光度拟合残差优于±1%.研究表明,谱线线宽随着压力增大而增大,计算的高压环境的氮气-甲烷分子的互展宽系数为0.063 1 cm^-1atm^-1.此外,随着压力的增大,吸收线出现“红移”现象,计算得到氮气诱导压力频移系数为-0.008 48 cm^-1atm ^-1.由此提出一种利用检测波长、压力和压力频移系数的线性关系反演高压环境下气体浓度的算法.总之,高压环境下光谱展宽特性研究为工业环境下的光谱检测打下基础.     

可调谐半导体激光吸收传感器的温度测量验证

开发了一种可调谐半导体激光吸收传感器,用于测量气体的温度,应用扫描波长吸收谱和固定波长调制谱探测水蒸气在7 454.4 cm-1和7 185.6 cm-1附近的两条吸收谱线。传感器可实现绝对温度测量,固定波长调制谱更可实现10 kHz以上的测量带宽。传感器的性能和精度在已知温度和压力的静室中进行测量验证,在600~1 000 K的设定温度范围,两种方法的测量误差（RMS）都小于2%。表明可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）传感器对于均匀的流场具有快速和精确的温度测量能力。     

关于氨气分子在1.5μm吸收谱线及其在激光稳频上的应用

本文介绍了氨气分子在1.5μm波段的六条吸收谱线,并将理论计算的吸收线形半值全宽与实验值加以比较,测得了波长为1.53735μm的激光通过气压为2.79×10~3Pa的氨分子吸收室后的吸收波形及其一阶微分波形,并利用其对外腔半导体激光器进行稳频,绝对频率稳定度可达1MHz。     

湍流对激光吸收光谱信号的影响及改善方法研究

为了解决可调谐激光二极管吸收光谱气体传感器在开放光路气体测量中,激光吸收光谱信号受到大气湍流的影响,使光谱信号幅度随大气湍流的波动而改变造成获取的气体吸收光谱信号形状发生畸变问题,改善湍流对激光吸收光谱信号的影响,提高信号检测灵敏度,采用改变激光波长扫描频率的办法进行了理论分析和实验验证,当激光波长扫描频率为2kHz时,吸收光谱相邻周期间的信号均方误差小于0.1。结果表明,该方法可以有效地改善激光吸收光谱信号受大气湍流的影响。     

基于小波分析的脉冲激光回波信号分离方法北大核心CSCD

针对脉冲激光引信易受战场烟尘粒子后向散射回波干扰的问题,提出了一种基于小波分析的激光回波信号分离方法。通过Mie散射理论和蒙特卡洛方法,建立烟尘环境脉冲激光传输与接收理论模型,模拟含有噪声的激光回波信号。在回波信号分离过程中,首先通过基于阈值的小波去噪方法,去除激光回波信号噪声。再采用峰锐化算法提高回波信号的峰分辨率,解决波峰重叠度过高的问题。最后,对锐化后的回波信号进行连续小波变换,得到波峰峰位参数,并根据峰位值求解出最佳高斯拟合波形,得到峰强及峰宽信息。实验结果表明,利用连续小波变换求解出的回波峰位值偏差在7.9%之内,通过高斯函数拟合得到的峰宽值误差小于2.71%,峰强值误差小于1.82%。该方法通过对烟尘环境脉冲激光回波进行解析实现目标反射回波和烟尘后向散射回波的有效分离,可为实际战场环境脉冲激光引信抗烟尘干扰提供理论参考。     

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。