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。     

用近红外光谱对组织氧测量方法的研究

在多层生物组织模型下,提出了一种利用近红外光谱技术定量无损检测组织氧饱和度的方法,讨论了受试者具有不同的外层组织时,如何采用适当的校准方法使半定量测量组织血氧浓度变化值具有可靠性和可比性;自行设计的监测系统,结构较为简洁,其探头包括光源和2个检测器,光源采用双波长LED,检测器为集成光学器件,2个检测器分别放置在与光源不同距离的位置上;以240mmHg压力进行人体前臂组断,氧合血红蛋白HbO2、还原血红蛋白Hb的浓度变化和组织氧饱和度tSO2的测试结果与时间分辨光谱TRS方法所得结果一致;系统基线平稳,具有较好的稳定性和检测精度。     

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.     

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。     

利用TDLAS技术的多点甲烷气体全量程监测

调谐激光吸收光谱（TLAS）技术具有非接触、抗干扰、高灵敏度等优势,可对气体进行浓度、温度、压强的测量。目前已有的压强检测模型中多以谱线的有限特征点进行提取与计算,存在易受干扰、测量误差较大的问题,因而有必要建立新的抗干扰、稳定性强的压强检测模型。针对此问题,文中根据吸收线宽的气体压力测量方法,提出了低压与高压范围内压强与谱线线型拟合函数的数学模型。结合谱线展宽原理,对不同压强下的二次谐波吸收线进行仿真研究。通过改变Gauss线型函数和Lorentz线型函数的半高宽比例关系模拟压强变化,分析信号拟合度的变化趋势,仿真结果表明,在理想情况以及激光器线宽、白噪声、背景干扰影响下,Gauss/Lorentz线型拟合度之比与压强之间存在三阶拟合关系,拟合度均保持在0.998 0以上,且与传统模型相比在动态噪声和背景干扰下具有更好的稳定性。最后对CO₂气体1 580 nm位置的实测信号进行处理,实验结果表明,实际检测谱线Gauss/Lorentz线型拟合度之比与压强之间的三阶拟合度为0.986 3,略低于仿真的拟合度0.998 7,符合仿真分析结果。文中提出的方法可以根据吸收谱线的拟合比曲线反演气体压强,为气体压强检测提供了解决方案。     

基于统计小波模型的信号去噪研究

针对水声目标信号检测与识别中,海洋环境噪声的存在所造成的检测性能下降问题,提出一种基于统计小波模型的信号去噪及原信号波形估计方法.通过对舰船声信号以及海洋环境噪声信号特性的分析,根据信号的概率密度函数,推导出信号小波系数的相邻尺度间关系,从而建立信号的去噪模型,对仿真和实测数据的分析都验证了方法的有效性.     

基于TDLAS的红外湿度检测中的小波去噪实验研究

为了有效抑制可调谐二极管激光吸收光谱法(TDLAS)进行红外湿度检测中的噪声,采用多阈值小波去噪方法对测量通道和参考通道间的差分信号做降噪处理,然后基于数字锁相放大技术从去噪后的差分信号中提取二次谐波信号,最终根据谐波信号的幅值大小确定湿度数值。给出了多阈值小波去噪算法的流程,并做了实验验证。分析显示,本文方法可有效抑制噪声的影响,在极低湿度条件下仍可较好地提取出二次谐波信号。利用制作的湿度检测系统,结合配备的密闭湿度环境,开展了检测实验。结果表明,采用小波去噪后,检测下限可由0.2%降至0.08%,极低湿度条件下(0.2%)的测量误差可由48%降至7.9%,其它浓度下的测量误差小于5%。同时,由于噪声被很好抑制,检测系统的测量标准差小了1个量级,从而改善了系统稳定性。本文的小波去噪方法也可用于具有类似机理的红外气体检测系统中以改善性能指标。     

基于线结构光的反射式平板玻璃厚度测量实验研究

基于光反射原理搭建了平板玻璃厚度测量系统,通过成像镜头将线结构激光在平板玻璃上下表面的反射光在CCD光敏面上成双线像,利用数据采集卡采集图像光强随像素的分布曲线,通过对采集信号进行小波去噪、双峰拟合得到双线像强度峰值像素差ΔN,进而计算得出玻璃厚度。测量前先利用标准玻璃板对测量系统进行标定以确定比例系数k,再对不同厚度的玻璃进行实际测量,并与千分尺的测量值比较,实验结果表明该方法测量平板玻璃厚度可行有效,系统相对误差为0.01。     

基于TDLAS的非均匀流场温度分布的测量

基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）温度测量技术,使用多条谱线能够实现非均匀流场的气体温度分布的测量,主要有剖面拟合和温度离散两种方法。对剖面拟合方法进行理论分析和仿真,并且假设电炉上方0.5 cm处的温度分布为二次函数ax2+bx+c,采用剖面拟合方法进行测量,与热电偶测量的温度进行对比,温度最大波动为49 K。     

紫外激光诱导击穿光谱的应用与发展

激光诱导击穿光谱（LIBS）技术是一种基于原子发射光谱的元素分析技术,是元素分析领域重要的研究手段。作为LIBS分析的激发光源,紫外激光具有光子能量大、空间分辨率高等优点,可以提高烧蚀效率、减少分馏效应,在地质检测和生物医药检测方面有很好的应用前景;也可从提升元素分析的效果,扩大LIBS技术的应用范围。介绍了紫外LIBS技术的原理与特点,讨论了国内外紫外LIBS技术的应用,总结了紫外LIBS技术的发展趋势。