基于MEMS-FPI片上光谱芯片的多组分痕量气体检测系统

气体的特征吸收频率可以通过红外光谱技术进行提取,但以可调谐激光吸收光谱法(TDLAS)为标志的气体光谱检测技术难以兼顾宽波段与高精度。因此,高集成度、高速度和高稳定性的多组分痕量气体的检测技术一直是科研界研究的热点。为了拓宽红外激光器检测的范围,本项目研发了中心波长分别为1543、1579、1626、1653、1690与1742 nm波段可调谐的多通道、可调频分布式反馈(DFB)激光器作为光源。利用MEMS-FPI片上光谱芯片探测带宽窄(约5 nm)、工作波长可精准调控、滤波效率高等一系列优势,实现了与多波长红外激光器的同步探测,完成多种混合气体的稳定高精度的识别与浓度检测,有效抑制了背景气体的相互干扰。该系统采用可寻址的MEMS-FPI光谱芯片的多通道波长调制(WMS)技术,通过单路锁相放大电路分别对不同气体吸收谱线的二次谐波(2f)信号进行解调与数字采集。实现了甲烷(CH4),硫化氢(H_(2)S),乙烯(C2H4)等七种气体标志物的快速痕量级检测。能够兼顾多组分识别与低气体检测下限(识别速度2 s以内),检测下限相比于传统宽光谱直接测量方法降低了约700倍。实验结果表明,本系统对甲烷的检测下限可达到0.2μL·L^(-1),且二氧化碳的检测下限为10μL·L^(-1),丙酮的检测下限为2μL·L^(-1),乙烯、硫化氢的检测下限为1μL·L^(-1),氨气的检测下限为5μL·L^(-1),氯化氢的检测下限为4μL·L^(-1),完全满足包括双碳背景下的低浓度温室气体监测、医疗领域人体呼出气体检测与诊断在内的一系列痕量级多组分气体检测的应用需求。

痕量多组分可燃气体爆炸风险的图谱特征变化趋势识别

当可燃气体浓度含量达到一定程度时,遇到火源就会引起爆炸造成经济损失。通过对可燃气体爆炸风险的特征变化能预测在浓度达到极值前,进行危险判断。提出基于对痕量多组分可燃气体浓度变化图谱特征提取改进算法,对可燃气体浓度图谱特征进行处理,获得归一化后的图谱灰度图像信息;利用局部而知模式提取Gabor图谱纹理特征;最后通过迭代计算采集后的特征。利用卷积运算对不同气体的特征进行分类,利用分类后的结果实现痕量多组分可燃气体浓度的图谱识别。实验证明运用气体图谱特征改进算法对可燃气体浓度特征提取后,通过卷积运算对痕量多组分气体浓度特征识别,能预测出可燃气爆炸的风险趋势变化。

新型舰艇舱室空气质量检测及研究

舰艇舱室空气组分特性是直接影响艇员健康和制约战斗力的关键因素之一[1],目前我国舰艇舱室检测设备存在检测种类不全、测量精度较低、测量重复性差和体积重量大等问题[2~3],为改善此现状,新型密闭与半密闭舱室环境监测设备采用傅里叶红外光谱技术,该设备检测性能能够满足多型舰艇对舱室痕量多组分有害气体实时在线分析与检测的需求,可以为舰艇舱室应用在线大气环境多组分气体分析提供可靠上艇气体分析装备。

基于超窄线宽激光器的多气体光声光谱检测研究

针对多组分痕量气体检测中精确度差、灵敏度低等问题,设计了基于光源波长扫描技术的光声光谱式多组分痕量气体检测系统。系统采用单一超窄线宽半导体激光器作光源,设计了一阶纵向共振式多光程吸收光声池,通过正弦信号对光源波长进行调制,并结合二次谐波信号检测技术和超窄线宽激光特性,有效地消除了吸收池内的背景噪声和光源抖动的影响,实现了C2H2、CO和CO2多组分低浓度气体同时检测。实验结果表明,C2H2、CO和CO2多组分气体浓度测量线性相关度为0.99,最大相对误差小于2%,极限检测灵敏度分别为5×10-6、12×10-6和15×10-6;长时间稳定性实验,多组分气体浓度最大相对波动小于1.5%。系统精确度好、灵敏度高并具有较好的稳定性,可用于电力变压器故障气体实时在线监测。