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Influence of laser intensity in second-harmonic detection with tunable diode laser multi-pass absorption spectroscopy 被引量:9
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作者 阚瑞峰 董凤忠 +5 位作者 张玉钧 刘建国 刘诚 王敏 高山虎 陈军 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2005年第9期1904-1909,共6页
Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) has been widely employed in atmospheric trace gases detection. The ratio of the second-harmonic signal to the intensity of laser beam incident to the multi-pass ce... Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) has been widely employed in atmospheric trace gases detection. The ratio of the second-harmonic signal to the intensity of laser beam incident to the multi-pass cell is proved to be proportional to the product of the path length and the gas concentration under any condition. A new calibration method based on this relation in TDLAS system for the measurement of trace gas concentration is proposed for the first time. The detection limit and the sensitivity of the system are below 110 and 31ppbv (parts-per-billion in volume), respectively. 展开更多
关键词 tunable diode laser absorption spectroscopy multi-pass cell harmonic detection wavelength modulation
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Measurements of argon metastable density using the tunable diode laser absorption spectroscopy in Ar and Ar/O2 被引量:1
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作者 Dao-Man Han Yong-Xin Liu +3 位作者 Fei Gao Wen-Yao Liu Jun Xu You-Nian Wang 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第6期298-306,共9页
Densities of Ar metastable states 1s5 and 1s3 are measured by using the tunable diode laser absorption spectroscopy(TDLAS) in Ar and Ar/O2 mixture dual-frequency capacitively coupled plasma(DF-CCP). We investigate... Densities of Ar metastable states 1s5 and 1s3 are measured by using the tunable diode laser absorption spectroscopy(TDLAS) in Ar and Ar/O2 mixture dual-frequency capacitively coupled plasma(DF-CCP). We investigate the effects of high-frequency(HF, 60 MHz) power, low-frequency(LF, 2 MHz) power, and working pressure on the density of Ar metastable states for three different gas components(0%, 5%, and 10% oxygen mixed in argon). The dependence of Ar metastable state density on the oxygen content is also studied at different working pressures. It is found that densities of Ar metastable states in discharges with different gas components exhibit different behaviors as HF power increases. With the increase of HF power, the metastable density increases rapidly at the initial stage, and then tends to be saturated at a higher HF power. With a small fraction(5% or 10%) of oxygen added in argon plasma, a similar change of the Ar metastable density with HF power can be observed, but the metastable density is saturated at a higher HF power than in the pure argon discharge. In the DF-CCP, the metastable density is found to be higher than in a single frequency discharge, and has weak dependence on LF power. As working pressure increases, the metastable state density first increases and then decreases,and the pressure value, at which the density maximum occurs, decreases with oxygen content increasing. Besides, adding a small fraction of oxygen into argon plasma will significantly dwindle the metastable state density as a result of quenching loss by oxygen molecules. 展开更多
关键词 argon metastable states tunable diode laser absorption spectroscopy capacitively coupled plasmas
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Development of 2D Temperature and Concentration Measurement Method Using Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy 被引量:7
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作者 Yoshihiro Deguchi Daisuke Yasui Akira Adachi 《Journal of Mechanics Engineering and Automation》 2012年第9期543-549,共7页
Exhaust gas temperature is an important factor in NOx, THC and PM emissions of engines. Especially 2D temperature and concentration distribution plays an important role for the engine efficiency. A thermocouple is int... Exhaust gas temperature is an important factor in NOx, THC and PM emissions of engines. Especially 2D temperature and concentration distribution plays an important role for the engine efficiency. A thermocouple is intrinsically a point temperature measurement method and noncontact 2D temperature distribution cannot be attained by thermocouples. Recently, as a measurement technique with high sensitivity and high response, laser diagnostics has been developed and applied to the actual engine combustions. With these engineering developments, transient phenomena such as start-ups and load changes in engines have been gradually elucidated in various conditions. In this study, the theoretical and experimental research has been conducted in order to develop the noncontact and fast response 2D temperature and concentration distribution measurement method. The method is based on a Computed Tomography (CT) method using absorption spectra of water vapor at 1388 nm. It has been demonstrated that the method has been successfully applied to engine exhausts to measure 2D temperature distributions. 展开更多
关键词 2D temperature measurement tunable diode laser absorption spectroscopy CT (computed tomography) engine exhausts.
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Application of Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy with Optical Hollow Fiber to Engine Exhaust Gas Measurement
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作者 Akira Adachi Yoshihiro Deguchi Shinichirou Konishi 《Journal of Mechanics Engineering and Automation》 2012年第11期656-662,共7页
In recent years, tighter regulation has been already enforced on harmful substances such as NOx, CO, and particles. Considering the above situation, it is important to monitor controlling factors of engine systems in ... In recent years, tighter regulation has been already enforced on harmful substances such as NOx, CO, and particles. Considering the above situation, it is important to monitor controlling factors of engine systems in order to improve efficiencies of their operations. As to car engines, an increasing concern in environmental issues such as air pollution, global warming and petroleum depletion has helped drive researches into various ways. Laser diagnostics has been applied to measure species concentration in the actual industrial fields. However there are several challenges to proceed in applying laser diagnostics to practical application. Especially stability of the measurement system is one of the most difficult issues. The purpose of this research is the development of a prompt measurement technique which can be applicable to various engine conditions. The Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) using the hollow fiber has been developed to satisfy above requirements. By using a hollow fiber, misalignment of an optical axis and vulnerability of measurement environment such as vibration can be greatly reduced with sensitive and fast response features. It was demonstrated that this method can be applicable to measure gas compositions in engine exhaust with a range of millisecond response time. A sensitive method using tunable UV diode laser absorption spectroscopy was also discussed to detect NOx in exhausts. 展开更多
关键词 tunable diode laser absorption spectroscopy optical hollow fiber exhaust gas concentration measurement.
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Wavelength modulation spectroscopy at 1530.32 nm for measurements of acetylene based on Fabry–Perot tunable filter
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作者 李运龙 杨兵初 许雪梅 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第2期200-204,共5页
Sensitive detection of acetylene(C_2H_2) is performed by absorption spectroscopy and wavelength modulation spectroscopy(WMS) based on Fiber Fabry–Perot tunable filter(FFP-TF) at 1530.32 nm. After being calibrat... Sensitive detection of acetylene(C_2H_2) is performed by absorption spectroscopy and wavelength modulation spectroscopy(WMS) based on Fiber Fabry–Perot tunable filter(FFP-TF) at 1530.32 nm. After being calibrated by Fiber Bragg Grating(FBG), FFP-TF is frequency-multiplexed and modulated at 20 Hz and 2.5 kHz respectively to achieve wavelength modulation. The linearity with 0.9907 fitting coefficient is obtained by measuring different concentrations in a 100 ppmv–400 ppmv range. Furthermore, the stability of the system is analyzed by detecting 50 ppmv and 100 ppmv standard gases for 2 h under room temperature and ambient pressure conditions respectively. The precision of 11 ppmv is achieved by calculating the standard deviation. Therefore, the measuring system of C_2H_2 detection can be applied in practical applications. 展开更多
关键词 absorption spectroscopy Fabry-Perot tunable filter wavelength modulation acetylene detection
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Laser absorption spectroscopy for high temperature H_2O time-history measurement at 2.55 μm during oxidation of hydrogen
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作者 Yu-Dan Gou De-Xiang Zhang +3 位作者 Yi-Jun Wang Chang-Hua Zhang Ping Li Xiang-Yuan Li 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第7期376-381,共6页
Concentration time-histories of H20 were measured behind reflected shock waves during hydrogen combustion. Experiments were conducted at temperatures of 1117-1282 K, the equivalence ratios of 0.5 and 0.25, and a press... Concentration time-histories of H20 were measured behind reflected shock waves during hydrogen combustion. Experiments were conducted at temperatures of 1117-1282 K, the equivalence ratios of 0.5 and 0.25, and a pressure at 2 atm using a mixture of H2/O2 highly diluted with argon. H2O was monitored using tunable mid-infrared diode laser absorption at 2.55 μm (3920.09 cm-1). These time-histories provide kinetic targets to test and refine reaction mechanisms for hydrogen. Comparisons were made with the predictions of four detailed kinetic mechanisms published in the last four years. Such comparisons of H2O concentration profiles indicate that the AramcoMech 2.0 mechanism yields the best agreement with the experimental data, while CRECK, San Diego, and HP-Mech mechanisms show significantly poor predictions. Reaction pathway analysis for hydrogen oxidation indicates that the reaction H + OH + M = H20 + M is the key reaction for controlling the H2O formation by hydrogen oxidation. It is inferred that the discrepancy of the conversion percentage from H to H20 among these four mechanisms induces the difference of performance on H2O time-history predictions. This work demonstrates the potential of time-history measurement for validation of large reaction mechanisms. 展开更多
关键词 tunable diode laser absorption spectroscopy H20 time-history profile combustion process reac- tion mechanism
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Absorption Line Profile Recovery Based on TDLS and MEMS Micro-Mirror for Photoacoustic Gas Sensing
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作者 LI Li Norhana Arsad +3 位作者 George Stewart Deepak Uttamchandani Brian Culshaw WANG Yi-ding 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1814-1818,共5页
A novel and efficient absorption line recovery technique is presented.A micro-electromechanical systems(MEMS) mirror driven by an electrothermal actuator is used to generate laser intensity modulation through the mirr... A novel and efficient absorption line recovery technique is presented.A micro-electromechanical systems(MEMS) mirror driven by an electrothermal actuator is used to generate laser intensity modulation through the mirror reflection.Tunable diode laser spectroscopy(TDLS) and photoacoustic spectroscopy(PAS) are used to recover the target absorption line profile which is compared with the theoretical Voigt profile.The target gas is 0.01% acetylene(C2H2) in a nitrogen host gas.The laser diode wavelength is swept across the P17 absorption line of acetylene at 1 535.4 nm by a current ramp,and an erbium-doped fibre amplifier(EDFA) is used to enhance the optical intensity and increase the signal-to-noise ratio(SNR).A SNR of about 35 is obtained with 100 mW laser power from the EDFA.Good agreement is achieved between the experimental results and the theoretical simulation for the P17 absorption line profile. 展开更多
关键词 Micro-electro-mechanical-systems(MEMS) Laser intensity modulation absorption line profile recovery tunable diode laser spectroscopy Photo-acoustic gas sensing
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Calibration-free wavelength modulation spectroscopy for gas concentration measurements under low-absorbance conditions 被引量:10
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作者 车璐 丁艳军 +1 位作者 彭志敏 李晓航 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第12期463-470,共8页
We derive the expressions of the first and second harmonic signals on the basis of absorption spectral and lock-in theories, and determine the gas concentration according to the ratio of second and first harmonic sign... We derive the expressions of the first and second harmonic signals on the basis of absorption spectral and lock-in theories, and determine the gas concentration according to the ratio of second and first harmonic signals. It is found that the X and Y components of the harmonic signals are influenced by the phase shift between the detection and reference signal, and the phase shift can be any value in a range from 0 to 2π, which is different from the results obtained previously. Meanwhile, an additional item caused by the residual amplitude modulation will make a great contribution to the second harmonic signal, and may not be neglected under low absorbance conditions. Theoretical analysis indicates that subtracting back-ground signal from the second harmonic signal can remove the influence of this item, and can improve the measurement accuracy of gas concentration. On this basis, we select the transition of CO2 at 6527.64 cm-1 to analyse the approximation errors during the derivation by numerical simulation and then measure the CO2 concentration under low absorbance conditions, with absorbance varying from 1‰ to 6‰. 展开更多
关键词 tunable diode laser absorption spectroscopy wavelength modulation spectroscopy har-monic signals low absorbance conditions
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宽光谱吸收应用中光谱扫描区间的选择
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作者 陶蒙蒙 吴昊龙 +4 位作者 王亚民 王晟 王科 曹慧琳 叶景峰 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3043-3051,共9页
与传统的窄带扫描吸收光谱技术相比,宽光谱吸收技术可以获取更宽光谱范围内的丰富吸收数据,具有很大的技术优势。宽光谱吸收技术测量系统的硬件与传统的可调谐二极管吸收光谱技术测量系统基本一致,唯一不同的是宽光谱吸收技术则使用宽... 与传统的窄带扫描吸收光谱技术相比,宽光谱吸收技术可以获取更宽光谱范围内的丰富吸收数据,具有很大的技术优势。宽光谱吸收技术测量系统的硬件与传统的可调谐二极管吸收光谱技术测量系统基本一致,唯一不同的是宽光谱吸收技术则使用宽带调谐光源。实际应用中,宽光谱吸收光源一般都具有较宽的光谱覆盖范围(>20 nm),而使用全谱段扫描会对数据采集、存储和处理提出较高的要求,从而增加系统成本和测量工作量。因此,选择合适宽度的光谱扫描区间就成为宽光谱吸收应用中的一个关键问题。利用等效下能级概念,提出了针对宽光谱吸收应用的光谱扫描区间选择的数值方法,并针对1.3μm波段和2μm波段开展了扫描区间选择研究。在1.3μm波段,计算给出的优选扫描谱段与文献报道中使用的谱段相重合,验证了选择方法的可行性和正确性。在2μm波段,在给定工况条件下,通过实验数据验证了所选择扫描区间在温度反演精度方面的优越性。针对实际应用中面临的宽工况环境,通过计算给出了2μm波段优选的扫描光谱区间。计算结果表明,在1.8μm的短波段和1.9μm的长波段均存在适用的光谱扫描区间,其中,1.86μm附近测温精度最高;更宽的扫描带宽有助于降低系统在全光谱范围内的整体测温不确定度。相关研究可为宽光谱吸收技术在燃烧流场诊断的现场应用提供关键技术指导。 展开更多
关键词 可调谐二极管激光吸收光谱 宽光谱吸收技术 谱线选择 掺铥光纤激光器
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基于VisuShrink小波阈值变换的甲烷检测降噪技术
10
作者 姜建国 胡钧凯 王秀芳 《化工自动化及仪表》 CAS 2024年第3期410-416,共7页
在利用可调谐半导体激光吸收光谱技术探测甲烷气体泄漏时,复杂的环境光干扰会降低浓度检测信号的信噪比使波形失真。为了抑制噪声,增强电信号与浓度值的线性相关度,提出一种以VisuShrink方法改善小波阈值函数的小波阈值去噪算法。该算... 在利用可调谐半导体激光吸收光谱技术探测甲烷气体泄漏时,复杂的环境光干扰会降低浓度检测信号的信噪比使波形失真。为了抑制噪声,增强电信号与浓度值的线性相关度,提出一种以VisuShrink方法改善小波阈值函数的小波阈值去噪算法。该算法针对小波阈值去噪算法的软硬度不能平衡信号,存在失真的问题,利用统计方法对阈值进行计算,弱化间断点阈值跳变影响。通过仿真计算对比未加噪声前的信号与滤波后的信号,提出算法的信噪比为28.405 30,优于四阶巴特沃斯滤波器。VisuShrink方法在SNR和NCC参数上性能远优于巴特沃斯滤波器,与软阈值函数相近,在MSE均方误差分析上远小于软阈值精度,与巴特沃斯相近,具有较好的平滑特性。实际搭建检测平台对多个浓度样本采样进行多次采样,采用VisuShrink方法设计的滤波器将系统误差精度从4.14%提升至2.472%,算法可有效用于甲烷检测系统提高光谱数据的平滑性和准确性。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱 气体浓度测量 波长调制光谱技术 小波阈值去噪 甲烷泄漏
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基于TDLAS的近红外甲烷高灵敏检测技术 被引量:1
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作者 刘海芹 徐睿 +4 位作者 王振翔 赵天琦 赵春柳 石岩 陈亮 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期243-250,共8页
为增强甲烷气体检测技术的气体吸收率,提高检测灵敏度,利用可调谐二极管激光吸收光谱技术,采用中心波长为1 653.7 nm的分布反馈激光器作为光源,研制了有效光程为14.5 m的Herriott型气体吸收池,并采用波长调制光谱法进行甲烷气体浓度检... 为增强甲烷气体检测技术的气体吸收率,提高检测灵敏度,利用可调谐二极管激光吸收光谱技术,采用中心波长为1 653.7 nm的分布反馈激光器作为光源,研制了有效光程为14.5 m的Herriott型气体吸收池,并采用波长调制光谱法进行甲烷气体浓度检测。结果表明,二次谐波峰值信号与甲烷气体浓度成较强的线性关系,线性度为0.998 52,检测下限为4.82 ppm;初始积分时间为1 s时的Allan方差为6.37 ppm;积分时间到112 s时,Allan方差为427 ppb,检测灵敏度为4.27×10^(-7)。 展开更多
关键词 可调谐二极管激光吸收光谱 甲烷气体检测 波长调制法 高灵敏 Herriott腔
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基于激光吸收光谱的Cs原子浓度检测系统设计研究
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作者 宋泽阳 梁立振 +5 位作者 柳山虎 田镇虎 韦江龙 许永建 谢亚红 胡纯栋 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期852-860,共9页
随着磁约束核聚变研究的深入,提高负氢离子源的引出电流密度成为负氢离子源的关键问题之一。负氢离子的形成很大程度上依赖于离子源中Cs的循环过程,通过Cs在负离子源内部的蒸发使负离子源表面功函数降低,从而提高负离子产率。因此,基于... 随着磁约束核聚变研究的深入,提高负氢离子源的引出电流密度成为负氢离子源的关键问题之一。负氢离子的形成很大程度上依赖于离子源中Cs的循环过程,通过Cs在负离子源内部的蒸发使负离子源表面功函数降低,从而提高负离子产率。因此,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术设计并建立一种新的Cs原子浓度检测系统,实现微量Cs的快速实时检测,对负离子密度提升具有重要指导作用。本文围绕光源发生单元、光学传输测试单元、信号处理采集单元、光谱显示与分析单元四个方面进行系统分析与设计,建立了离线测试系统并开展了系统测试实验,获得Cs原子浓度与温度的变化趋势图。实验结果表明,随着蒸气池温度的升高,系统检测的Cs原子浓度呈现出随温度增加而升高的非线性正相关趋势,表明该系统实现了Cs原子浓度的定量检测。 展开更多
关键词 光谱学 可调谐二极管激光 激光吸收光谱 Cs原子浓度
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基于直接吸收光谱深度学习神经网络模型的CO_(2)浓度检测研究 被引量:1
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作者 史文辉 李凯亮 +5 位作者 宫廷 田亚莉 孙小聪 郭古青 邱选兵 李传亮 《电力科技与环保》 2024年第1期44-52,共9页
CO_(2)是温室气体的主要成分之一,其对全球气候变化和环境质量有重大影响,燃煤电厂作为我国最大的CO_(2)排放源,面临着严峻考验。为准确、快速、低成本地检测燃煤电厂CO_(2)浓度,促进燃煤电厂低碳发展,本文利用分布反馈半导体激光器构... CO_(2)是温室气体的主要成分之一,其对全球气候变化和环境质量有重大影响,燃煤电厂作为我国最大的CO_(2)排放源,面临着严峻考验。为准确、快速、低成本地检测燃煤电厂CO_(2)浓度,促进燃煤电厂低碳发展,本文利用分布反馈半导体激光器构建了一种高灵敏度的CO_(2)气体检测系统,同时采用HITRAN数据库作为深度学习模型的数据集,建立了一维卷积神经网络(one-dimensional convolutional neural network,1D-CNN)模型,采用反向传播神经网络算法检测CO_(2)浓度并与直接吸收技术进行了对比,并通过K折交叉验证法和调整模型参数来提升1D-CNN模型的性能。结果表明,1D-CNN模型的决定系数R^(2)值可达到0.9997,相对误差为1.07%,绝对误差为7.88 mg/m^(3),模型建立较为符合要求;利用1D-CNN模型调用最优参数,对比预测数据和真实数据,平均相对误差为6.06%,平均绝对误差为17.97 mg/m^(3),决定系数R^(2)=0.99941,可得模型的预测结果具有较高的精度。这种基于直接吸收光谱深度学习神经网络模型的气体浓度检测模型在测量CO_(2)气体浓度方面具有较高的准确性和可靠性,可为电力行业的环保监测和节能减排提供有力的技术支持。 展开更多
关键词 燃煤电厂 碳排放 深度学习 吸收光谱 CO_(2) HITRAN数据库
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涉氢装备氢气泄漏激光遥测系统光电参数优化分析
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作者 赵美琪 周围 +7 位作者 王迪 吕妍 李玉爽 濮御 李栋 冯其栋 陈淑贤 罗乂郎 《应用光学》 CAS 北大核心 2024年第6期1219-1227,共9页
在氢气泄漏的场景中,人员可能面临火灾、爆炸和窒息等极大危险。为了检测时有效降低人员的暴露风险,实时监测氢气浓度,研发了一套基于开放光路下的可调谐二极管激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)技术结... 在氢气泄漏的场景中,人员可能面临火灾、爆炸和窒息等极大危险。为了检测时有效降低人员的暴露风险,实时监测氢气浓度,研发了一套基于开放光路下的可调谐二极管激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)技术结合波长调制光谱(wavelength modulation system,WMS)技术的氢气遥测系统,利用MATLAB可视化建模仿真软件Simulink实现了对该系统的仿真建模。为进一步提高系统的检测精度和信噪比,对比分析激光扫描参数对二次谐波信号波形的影响,以及不同菲涅尔透镜F数对探测器接收光强的影响情况,并结合波形的峰值、峰宽、信噪比和信号的完整性等评估指标得到最佳参数值。结果表明:扫描幅度为1 V,扫描频率为10 Hz下的波形最佳。参数优化后,以木板、石灰、塑料、铝板为非合作目标可实现的最远探测单程距离分别从1.8 m、2.4 m、4 m和6 m提升至2 m、2.8 m、5.1 m和10 m,系统激光回波入射功率也有显著提高。该氢气检测系统具有使用环境更广泛、检测环境更安全、检测精度更高的特点。该研究为实际测量中相关参数的选取提供了理论依据,对改善实际应用中的系统测量精度提供了理论指导。 展开更多
关键词 氢气遥测 可调谐二极管激光吸收光谱 SIMULINK 调制参数
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基于透射曲线拟合的高精度激光吸收光谱温度检测方法
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作者 高慧 姚树智 +4 位作者 张蒙 姜萌 张子昊 王学锋 杨勇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3052-3059,共8页
可调谐激光吸收光谱技术在流场检测领域应用越来越广泛,然而恶劣的现场应用环境对测试系统的环境适应性、抗噪声干扰能力提出了更高的要求。直接吸收光谱技术可以获得吸收峰的全部信息,对多类测试环境均适用,如风洞,发动机喷射流场等,... 可调谐激光吸收光谱技术在流场检测领域应用越来越广泛,然而恶劣的现场应用环境对测试系统的环境适应性、抗噪声干扰能力提出了更高的要求。直接吸收光谱技术可以获得吸收峰的全部信息,对多类测试环境均适用,如风洞,发动机喷射流场等,然而受现场测试环境影响,获得的测试信号信噪比通常较差,难以实现高精度检测。针对这一问题,对直接吸收光谱技术的数据处理分析算法进行了分析研究,提出了一种基于透射曲线拟合的高精度温度反演分析方法。利用水汽在7185.6和7444.3 cm-1附近的吸收谱线,研制了基于直接吸收光谱检测技术的温度检测系统,开展了573K-1173K温度范围内测试信号的处理分析,对比分析了基线-吸收线型拟合算法与透射曲线拟合算法的反演结果。当检测温度为773 K时,相比基线-吸收线型拟合算法,透射曲线拟合算法在7444.3 cm-1波段附近的逐点拟合误差峰峰值可以减小约30%,7185.6 cm-1波段附近的逐点拟合误差峰峰值可以减小约16%。573~1173 K温度范围内,透射曲线拟合算法反演温度最大误差为13 K,相比基线-吸收线型拟合算法减小了23 K。给测试信号加入不同幅度的随机噪声信号,两种算法反演温度的标准差均随噪声幅度的增加而增加,同时温度越高,温度反演标准差越大。当噪声的峰峰值分别为20、60和100 mV时,不同温度下基线-吸收线型拟合算法温度反演结果的标准差最小值为18 K,最大值为313 K,透射曲线拟合算法温度反演结果的标准差最小值为4 K,最大值为44 K。实验分析结果表明,相比基线-吸收线型拟合算法,透射曲线拟合算法可以修正激光器功率基线拟合误差,提高透射信号拟合精度,减小温度反演误差。对比不同噪声水平下测试信号的温度反演结果表明,透射曲线拟合算法在噪声干扰下可以实现更高的检测精度,具有更强的抗噪声干扰能力。 展开更多
关键词 可调谐激光吸收光谱 直接吸收光谱 温度检测 透射曲线拟合
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小型化中红外直接吸收CO_(2)光谱仪
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作者 刘婧怡 潘越 +3 位作者 姚路 于丽婷 李惠 阚瑞峰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1330-1337,共8页
二氧化碳(Carbon Dioxide,CO_(2))是一种关键的温室气体,对地球气候和生态系统调节有重要作用,准确检测痕量CO_(2)浓度对评价温室效应意义重大。一般情况下,气体分子在中红外光谱范围存在强吸收,可以实现高灵敏探测,因此,以4.219μm中... 二氧化碳(Carbon Dioxide,CO_(2))是一种关键的温室气体,对地球气候和生态系统调节有重要作用,准确检测痕量CO_(2)浓度对评价温室效应意义重大。一般情况下,气体分子在中红外光谱范围存在强吸收,可以实现高灵敏探测,因此,以4.219μm中红外波段的带间级联激光器为光源结合可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)设计了小型化CO_(2)监测仪器。在不同标气浓度下对仪器进行了标定,并通过分析Allan方差,得出积分时间在8.7 s时对应的最低检测限为16.6×10^(-9),满足温室效应研究对CO_(2)气体的高灵敏测量需求。采用仪器对大气CO_(2)连续监测8天,并与商用仪器LGR进行对比,充分验证了小型化CO_(2)监测仪器的可靠性,以及中红外光源与TDLAS技术相结合的气体浓度检测方法在大气CO_(2)准确测量方面的可行性。该系统具有结构简单、体积小、功耗低和质量轻的特点,为建设空基无人机平台的CO_(2)监测能力提供了技术支持。 展开更多
关键词 激光吸收光谱技术 二氧化碳 中红外可调谐二极管激光 直接吸收 小型化
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煤热解中痕量乙烯在线激光吸收光谱检测
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作者 段政 孟星星 +6 位作者 李凯亮 孙小聪 田亚莉 宫廷 李传亮 邱选兵 蔡廷栋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期670-677,共8页
为了实现煤热解过程中痕量乙烯(C2H4)标识气体的在线识别与检测,结合波长调制与长光程技术,搭建了煤热解乙烯在线激光吸收光谱检测装置。采用中心波长为1620 nm通信波段DFB激光器作为激光光源,有效光程为15 m的多光程吸收池为样品吸收池... 为了实现煤热解过程中痕量乙烯(C2H4)标识气体的在线识别与检测,结合波长调制与长光程技术,搭建了煤热解乙烯在线激光吸收光谱检测装置。采用中心波长为1620 nm通信波段DFB激光器作为激光光源,有效光程为15 m的多光程吸收池为样品吸收池,利用SR830进行波长解调,通过二次谐波信号反演得到乙烯浓度。使用高精度流量控制器,利用高纯氮气稀释乙烯配比,制备得到10×10^(-6)到90×10^(-6)的标准乙烯样气,其线性拟合的相关系数R2为0.9989;对浓度为20×10^(-6)的乙烯进行连续4000 s的Allan方差分析,实验结果表明,检测极限为121×10^(-9)。为了研究不同气体氛围下煤热解过程中乙烯浓度的演化规律,控制气体流速为150 mL/min,分别在氮气、空气以及合成空气中对乙烯标识气体的释放过程进行热重分析实验。研究发现,当温度小于500℃时,3种气体环境下乙烯释放量较少且基本一致,当温度在500~700℃时,氮气环境中乙烯释放量要远高于其他两种气体,但空气中乙烯释放的增速最快,最大释放量约为40×10^(-6),温度高于700℃时乙烯释放量均开始减少。这一结果为进一步探索煤热解中乙烯的生成机理提供了理论和实验基础。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱技术 乙烯 ALLAN方差 波长调制 煤热解
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基于TDLAS的高温氧气标定方法研究
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作者 黄小东 郝晓剑 +3 位作者 梁晓东 王正 裴攀 王佳 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第5期43-46,共4页
燃烧场温度的准确测量是评价燃烧状况的重要指标。可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是一种有效的非接触式燃烧诊断方法,其具有更广的测量范围、高精度和良好的抗干扰性能,且能实现连续测量。然而,在高分辨率透射分子吸收数据库(HITR... 燃烧场温度的准确测量是评价燃烧状况的重要指标。可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是一种有效的非接触式燃烧诊断方法,其具有更广的测量范围、高精度和良好的抗干扰性能,且能实现连续测量。然而,在高分辨率透射分子吸收数据库(HITRAN)中光谱数据都是以296 K的谱线参数为基础,通过计算获得较高温度下的光谱数据。因此,本文利用TDLAS波长调制技术标定了高温场中O_(2)的二次谐波信号强度与温度的函数关系,为后续燃烧场温度测量实验奠定基础。 展开更多
关键词 可调谐二极管激光吸收光谱 波长调制技术 燃烧场
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基于双楔形扫描镜的甲烷气体光谱成像方法
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作者 王夏春 张志荣 +5 位作者 蔡永军 孙鹏帅 庞涛 夏滑 吴边 郭强 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期145-154,共10页
随着我国油气管道铺设数量的增加,对管道的维护工作也需予以更多的重视.目前,在油气输送站场内,主要采用人工巡检、对射式和云台式检测设备来检测天然气泄漏.但是这些方法存在响应度差、检测区域受限、泄漏点定位较慢等问题.为了满足对... 随着我国油气管道铺设数量的增加,对管道的维护工作也需予以更多的重视.目前,在油气输送站场内,主要采用人工巡检、对射式和云台式检测设备来检测天然气泄漏.但是这些方法存在响应度差、检测区域受限、泄漏点定位较慢等问题.为了满足对油气管道泄漏实时监测和快速定位的需求,本文设计了一种快速、精确控制的双楔形扫描镜系统,结合可调谐半导体激光吸收光谱技术,使得气体测量由原来的点测量转换为面测量.通过反解迭代优化算法,控制楔形镜的转角获得高效均匀的光束扫描轨迹,并将激光束的偏转方向及检测位置与对应的甲烷浓度信息相融合,构建了包含有位置信息的甲烷浓度数据,实现甲烷气体的光谱成像.实验中为了定量验证测量准确度及空间分辨率,通过标准气袋模拟甲烷泄漏分布,结果表明系统的成像浓度检测限小于500 ppm·m(1 ppm=10^(–6)),位置分辨率小于6 cm.同时该方法可以依据油气站场的测量距离调节扫描步进节点,从而实现成像分辨率的可调节,该成像方法为精确定位甲烷气体泄漏提供了新的思路. 展开更多
关键词 激光吸收光谱 甲烷气体检测 双楔形扫描镜 气体成像
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基于BP神经网络模型的呼出气δ^(13)C、δ^(18)O同位素丰度测量方法研究
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作者 黄文彪 夏滑 +4 位作者 王前进 孙鹏帅 庞涛 吴边 张志荣 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2761-2767,共7页
碳13(^(13)C)尿素呼气试验在国内外作为检测幽门螺旋杆菌的“金标准”已被广泛采用,精准测量CO_(2)中碳(C)和氧(O)同位素特征对疾病诊断具有重大意义。可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)具有结构简单、响应速度快、灵敏度高等众多优... 碳13(^(13)C)尿素呼气试验在国内外作为检测幽门螺旋杆菌的“金标准”已被广泛采用,精准测量CO_(2)中碳(C)和氧(O)同位素特征对疾病诊断具有重大意义。可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)具有结构简单、响应速度快、灵敏度高等众多优点,在多个领域得到广泛应用,同时完全适用于气体同位素的测量研究。该研究面向人体呼出气体中的CO_(2)气体检测需求,基于直接吸收光谱技术,采用中心波长为4.32μm的量子级联激光器(QCL)结合光程为14 cm/44 mL的小容积气体吸收腔体,完成了同时测量^(16)O^(12)C^(16)O、^(18)O^(12)C^(16)O和^(16)O^(13)C^(16)O的多组分同位素气体浓度的实验系统。基于反向传播(BP)神经网络模型,降低直接吸收光谱系统中光源稳定性和测量样品气体波动带来的噪声干扰。结果表明:基于BP神经网络模型的同位素丰度测量精度与稳定性均优于吸光度峰值比法,^(16)O^(13)C^(16)O与^(18)O^(12)C^(16)O的浓度测量精度分别提高约1.27与1.58倍。Allan方差分析表明,当积分时间为106 s时,采用BP神经网络模型的^(13)C与^(18)O同位素丰度测量精度分别为0.97‰和1.47‰,相比吸光度峰值比法测量精度提高了约2.1倍与1.2倍。充分证明了基于BP神经网络模型的同位素丰度测量方法的可行性,为研制高精度同位素丰度传感器奠定基础。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS) 量子级联激光器(QCL) 反向传播(BP)神经网络模型 同位素丰度
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