TDLAS气体检测灵敏度增强方法及其在漫反射率测量中的应用

代理获取

页面导航

目录
摘要
著录项
相似文献
相关主题

摘要

对气体浓度的有效检测在环境保护，工业生产和生活安全中都具有重要的意义。在众多气体检测手段中，可调谐二极管激光吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）以其高分辨、高速度、非接触，可实时在线检测等优势受到人们广泛青睐。本文主要研究以TDLAS为基础的低成本、高灵敏、小型化气体检测方法及其在漫反射率测量中的应用。
　　开展了低成本的可调谐多模二极管激光吸收光谱气体检测方法研究（Tunable Multimode Diode Laser Absorption Spectroscopy，TMDLAS）。利用廉价的多模二极管激光器替代单模二极管激光器，实现了TDLAS方法的低成本改造。光源采用用于通讯的1318 nm多模二极管激光器。实验表明，多模二极管激光器在较大的调谐范围内激光模式输出稳定，各个模式变化规律，波长连续可调，重复性强。以甲烷气体为测量气体，通过分析比较多模激光发射谱特征及甲烷气体透过谱特征，确定了最佳的测量条件，从而使多个吸收信号叠加成为一个较大的吸收信号。利用波长调制光谱及二次谐波检测方法提高信噪比，探测灵敏度有了显著的提升。通过1 s的积分时间，获得了25 ppm的探测灵敏度，测量精度为0.06％。
　　开展了利用积分球（Integrating sphere，IS）增强TDLAS探测灵敏度方法的研究（TDLAS-IS），并提出了利用气体吸收谱标定积分球等效光程的方法。研究表明，在 TDLAS-IS方法中，积分球对入射光强，探测电压，入射角度和探测角度具有无差异性，对气体吸收信号没有影响，提高了系统的抗机械振动能力；积分球内无光学镜片的使用，消减了干涉噪声对信号的影响；积分球长光程特性，有效增大了吸收信号幅度。基于以上优势，系统的信噪比大大提高。在相同条件下，TDLAS-IS方法的探测灵敏度增强50倍。实验还发现积分球等效光程与气体吸收相关，以浓度21%的氧气作为标定气体，通过实验测量得到直径为8.4 cm的积分球的准确等效光程为393.7 cm。而依据传统理论，不考虑气体吸收影响时，积分球的等效光程为436 cm,误差高达11%，浓度越高，误差越大。
　　开展了将TDLAS-IS气体检测方法用于漫反射率测量的研究。在TDLAS-IS气体检测方法中，气体浓度一定的情况下气体吸收光谱与积分球内壁材料反射率存在某种联系，这种联系使得可以通过气体吸收谱的测量来获得积分球内壁材料的漫反射率信息，从而避免了传统方法通过测量光强量而导致精度低的缺点。实验分别采用时间分辨方法和利用气体吸收光谱方法测量了积分球内壁材料在800 nm和764 nm处的漫反射率。时间分辨光谱方法测量所得漫反射率为99.22%，测量精度为0.06%；而利用气体吸收光谱方法测量所得漫反射率为98.944%，其测量精度为0.005%，通过系统参数优化，精度最高可达10-6以上。与传统漫反射率测量方法相比其精度提高了一个数量级以上。

著录项

作者
高强;
展开▼
作者单位

哈尔滨工业大学;

展开▼
授予单位哈尔滨工业大学;
学科光学
授予学位博士
导师姓名张治国;
年度 2014
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类反射与折射;
关键词
可调谐二极管激光吸收光谱; 气体检测; 灵敏度增强; 漫反射率;

相似文献

中文文献
外文文献
专利

1. TDLAS测量电站锅炉炉内温度与气体组分浓度的应用研究 [J] . 崔青汝 ,刘淼 ,李雄威 . 中国电力 . 2019,第005期
2. 小波变换在TDLAS二次谐波气体检测系统中的应用研究 [J] . 贺鸿浩 ,孟祥宁 . 科技风 . 2017,第014期
3. 基于频率锁定腔衰荡光谱技术及其在镜面反射率测量中的应用 [J] . 赵刚 ,李志新 ,谭巍 . 大气与环境光学学报 . 2015,第5期
4. MODIS数据在测量地物辐射亮度和反射率特性中的应用 [J] . 王荣 ,唐伶俐 ,戴昌达 . 遥感信息 . 2002,第003期
5. 激光标准漫反射板在烟幕对激光后向反射率测量中的应用 [J] . 张鹏宣 ,夏留根 . 光电对抗与无源干扰 . 2000,第002期
6. 基于TDLAS技术的壳内气体温度测量 [C] . 辛明伟 ,王志远 ,蒋伟兵 . 第八届全国大学生创新创业年会 . 2015
7. 基于TDLAS技术对高温环境中CO气体参数的测量方法研究 [A] . 汪步斌 . 2017

TDLAS气体检测灵敏度增强方法及其在漫反射率测量中的应用

目录

摘要

著录项

相似文献

相关主题

期刊订阅