光声气体检测系统中半导体激光器的波长调制

在光声光谱法气体检测中,因为激光器发光波长需与待测气体吸收峰严格匹配,所以需对激光器波长精确调谐.由于半导体激光器发光的波长与温度、驱动电流间有确定的关系,采用波长调制的方法,在一定精度的温度控制下,对波长进行扫描,可确保激光器驱动信号在一个周期内能够产生稳定的光声信号.实验表明,该方案能满足光声气体检测系统的要求.     

基于STM32的DFB气体激光器驱动电路设计与实验

可调谐半导体激光吸收光谱技术气体痕量检测系统中,激光器驱动电路存在模块体积大、电流纹波大、温度漂移严重、响应速度慢等问题,容易导致激光器波长偏离谱线吸收峰,影响系统测量精度。为解决上述问题,首先设计集高精度恒流源、实时监测电路、电阻-电压变换电路、温度采集电路、MAX1978制冷器控制芯片、数字PID整定算法等于一体的激光驱动器;然后,实验测试激光驱动器对DFB激光器(1 627 nm)电流调谐与温度控制的性能,分析确定DFB激光器波长的电流调谐系数、温度调谐系数以及内部温度误差来源;最后,通过改进B值计算及校正方法,对激光驱动器温度控制误差进行补偿,实现DFB激光器输出波长的精准锁定。实验表明:改善后的激光驱动器较传统激光驱动器的驱动电流绝对误差降低54.5%(±0.005 mA);控制温度绝对误差降低71.4%(±0.01℃);响应时间提高2.98倍(0.067 s/℃);C_2H_4气体检测系统精度提高17%。研究结果为TDLAS气体检测方法的应用提供了可靠的技术支撑。     

基于一次谐波的光谱吸收式甲烷气体传感器设计

甲烷气体检测是工业生产、环境监测和科学研究领域中的一个重要研究课题.该文在基于波长调制技术的光谱吸收式光纤气体检测方法的基础上,分析了一次谐波信号的数学模型,提出了一种基于一次谐波设计的光纤甲烷气体传感器的实施方案,设计精确的电流和温度电路控制垂直腔面发射激光器,利用锁相放大器AD630提取一次谐波信号幅度,实现对不同浓度的甲烷气体进行测量.实验结果表明,一次谐波信号幅度与浓度存在着很好的线性关系,分辨率达到20ppm.该系统消除了光源波动的影响,工作稳定,简化了结构,调试简便.     

基于煤矿瓦斯浓度的窄带光源谐波检测技术研究

在对煤矿瓦斯气体浓度的检测中,由于噪声、气体的吸收峰很窄、光源波长随温度的漂移等原因将引起测量的不稳定,通过采用对激光器的中心波长和气体吸收峰中心波长对准,测量光经过气体时的损耗就可以检测气体的浓度,利用一次谐波作为误差信号,可将光源精确地锁定在气体吸收峰上,并给出了窄带光源谐波检测的理论依据.实验结果表明,该方法可应用于甲烷气体浓度的光谱测量,它具有高精度、强选择性、快速响应等特点.     

基于TDLAS一次谐波的甲烷浓度检测系统及其温度补偿研究

本文结合甲烷1 653.72 nm波长2v3带R3支气体吸收线,分析温度变化对甲烷吸收线的谱线特性及甲烷气体浓度测量产生的影响。基于可调谐二极管激光吸收光谱与波长调制光谱技术,应用一次谐波信号检测甲烷气体的浓度,通过温度补偿抑制环境温度变化给检测带来的干扰。实验结果表明,研制的甲烷浓度检测系统的性能稳定,利用温度补偿系数校准后系统测量偏差在1%以内,可以有效地提高系统的检测精度。     

光谱吸收式瓦斯气体传感器及其信号处理方法

基于气体在其特征吸收波长下光的吸收随浓度变化的机理,通过对甲烷气体吸收光谱的分析,建立了谐波检测的数学模型,提出了一种光谱吸收式甲烷气体检测系统。该系统以1 654nm为中心波长的半导体激光二极管(LD)作为光源,并采用波长响应范围为1.0~2.9μm的高灵敏度、低噪声的PbS前置放大光电探测器。通过光源调制实现气体浓度的谐波检测,利用选频放大器对传输信号进行二次谐波检测及噪声滤除,利用一次谐波与二次谐波的比值来消除由光源的不稳定等因素所引起的检测误差。研究表明,灵敏度、精确度和稳定性等性能指标均可满足甲烷气体检测的要求。     

光纤气体传感器的研究

基于气体在吸收峰波长下对光的吸收随浓度变化的机理,研制一种光纤式气全监测仪。根据被测气体的吸收峰对应的波长选择ＬＥＤ作为光源。采用不同频率的光源驱劝电路实现多种气体浓度的产时检测。为保证测量精度,信号处理采用相敏以及测量信号与参考信号比值技术。对甲烷和乙炔气体浓度的检测实验表明,系统具有一定的检测灵敏度和精度。仪器和系统不驻适于甲烷和乙炔气体浓度的检测,稍加改变结构参数,也可测量其它气体的浓度。     

采用F-P光学腔的外腔半导体激光器锁相稳频方法

针对外腔半导体激光器出射光频不稳定的问题,提出了一种将Fabry-Perot(F-P)光学腔与锁相放大器相结合的稳频方法,将激光器出射光频稳定在F-P光学腔的平均腔长相对应的谐振频率上。信号发生器驱动F-P光学腔的腔长按照正弦规律变化,光电探测器将透过F-P光学腔的光信号转化为电信号,锁相放大器将这一电信号与信号发生器的驱动信号进行混频经低通滤波后得到光学腔谐振信号相位误差。利用这一相位误差信号,通过PID控制器对激光器内腔电流和外腔PZT驱动电压两种不同的反馈方式进行反馈控制,实现稳定的输出光频。理论推导出光学腔谐振信号相位误差与激光器波长变化关系,选用F-P光学腔透射峰值时间间隔τ的标准偏差作为评价频率稳定度指标。通过实验验证,选用外腔PZT驱动电压的反馈方式,能将外腔半导体激光器的光频稳定性提高约80%,该方法具有简单高效的特点,并且可以实现较长时间的频率稳定,也能够适用于不同波长的激光器稳频。     

一种新型连续可调脉冲电流源的设计

针对新型半导体激光器的应用需求,提出一种新型的数控可调的脉冲电流源,其核心部分是精密恒流源电路和脉冲电流镜电路。精密恒流源电路采用基于运算放大器的深度负反馈技术,提供一个精度高、稳定性好、幅值连续可调的恒定电流输出;脉冲电流镜电路采用高速场效应管实现对恒流源电流的复制和倍乘,降低脉冲电流源输出负载对前级深度负反馈部分的影响,提高电路的稳定性,并利用模拟多路复用器对电流镜栅极的控制,将脉冲信号传递到脉冲电流中,从而输出脉冲电流。仿真实验表明,提出的脉冲电流源运行稳定可靠,输出的脉冲电流的幅值、重复频率和脉冲宽度均可数控调节,电流幅值稳定,脉冲前沿陡峭,可满足不同的激光器驱动和测试需求。     

基于PID算法的温度控制系统的设计

设计了一种温度控制系统。以AT89S52单片机为核心,包括电源电路,温度信号采样电路,键盘及显示电路,加温控制电路等模块。软件采用PID算法进行了建模和编程,在SIMULINK环境中进行了仿真,系统无稳态误差,调节时间为30s,无超调量,满足设计要求。     

甲烷气体检测中半导体激光器的温度控制

采用可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）的气体浓度检测系统,其半导体激光器（LD）的输出波长在注入电流恒定的情况下受温度影响很大。高精度的LD温度控制能够保证光源输出光谱的中心波长位于待测气体吸收峰。针对LD温度控制技术的特点,采用两级温度控制的思想,一级保证LD外部工作环境温度稳定在一个小的区间内,另一级是以LD组件热电制冷器（TEC）和热敏电阻（RT）结合模拟的比例—积分（PI）环节来实现温度稳定。实验结果表明,设计的温度控制系统具有良好的稳定性,检测精度可达0.01℃,满足实验的要求。     

无线激光数据通信系统收发电路的设计与实现

以650 nm波长的红光作为信号载体,设计一种无线激光通信的收发电路,并且详细阐述了激光发射电路与光电接收电路的设计原理与方法.其中,发射电路具有自动功率控制、故障指示、电流监测等功能,接收电路具有信号放大、光电流监测、自动静噪等功能.在此基础之上,利用搭建的实验系统对该电路进行性能测试,进一步验证了设计电路的正确性和合理性.实验结果表明,设计的电路能够实现传输速率为16 Mbit/s的稳定传输.     

基于回波模拟器的窄脉冲低震荡激光驱动设计

脉冲激光驱动电路的震荡会引起回波模拟的多目标、 虚景和半导体激光器损坏等问题。 针对这类问题, 从 RLC放电回路理论出发, 推导电流方程, 运用极值原理, 提出量化抑制震荡的方法。 根据实际某火控性能要 求, 运用所推公式确立了关键参数。 最后利用 MPSL01 型雪崩三极管作为高速开关器件设计电路, 获得了峰值电 流1 A, 脉宽23.2 ns 的窄脉冲电流, 且反向电流几乎为零。 采用 C86119E 型1 064 nm 半导体脉冲激光器作为光 源, 构成回波模拟器发射系统。 利用该单兵火控进行实际检测的结果表明, 驱动器性能稳定, 满足设计要求。     

基于双差分的高精度甲烷浓度探测系统

现有的甲烷浓度检测系统大多采用窄带激光器、可调谐激光器等实现对甲烷特征波长位置的对准,虽然可以有效提高检测精度,但高性能激光器价格昂贵、结构复杂,难以满足实际应用中需要小型化、便携化以及低成本的要求.据此设计了一种基于双差分的高精度甲烷浓度检测系统,设计了浓度差分转换窗口,可获取2组等效于窄带光对准的差分数据,从而实现了仅用宽带红外二极管作为光源的高精度甲烷浓度探测系统.分析了该系统的工作原理,推导了基于双差分的甲烷浓度函数,给出了双差分的算法流程.实验采用LSIPD型PIN光电二极管与C30659型红外探测器采集响应光强,利用GPro 500系列甲烷浓度检测仪作为标准检测设备对系统进行甲烷浓度检测误差分析.结果显示:当甲烷体积分数小于4.0%时,系统平均相对误差小于1.0%; 当甲烷体积分数高于4.0%时,系统平均相对误差小于1.5%,验证了系统的可行性.     

光纤痕量气体检测系统的研究

基于气体对某一特定波长激光的吸收特性,利用调制技术及扫描技术,通过锁相放大检测二次谐波分量,实现了痕量气体的检测。实验结果表明,该系统灵敏度高,稳定性强,能适应气体检测的实用化。     

基于高速微弱光电探测相关技术的浅析

高速微弱光电探测技术在激光通信中应用广泛,如何在噪声环境中检测出所需信号是一个难点。首先对光电探测器主要部分(光电二极管与放大器)的参数进行分析,然后分析了光电二极管输出信噪比,得出提高光电探测灵敏度关键在于选择恰当的器件以及设计合理的放大电路。通过搭建具体的实验电路,经过测试,该电路在工作波长为1 550 nm脉冲信号,传输速率为2.5 Gb/s条件下,误码率为10-12时,探测器灵敏度可达到-24.8 dBm,实现了高速微弱信号的探测。