基于TDLAS的光学探针式初期火灾探测系统

为了实现火灾初期探测，设计了光学探针式初期火灾探测系统。该探测系统基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术与激光遥测技术，采用波长为2.33μm的激光光源与波长调制光谱(WMS)技术，利用激光作为光学探针替代传统吸收测量腔室，实现了火灾初期基于CO路径积分体积分数的开放光路探测。系统对10m内的反射面实现了不低于20 (μL/L)·m的检测限。国标木材热解火实验表明，该文研制的系统与提出的阈值报警算法具备实现初期火灾报警响应的能力。     

利用现代光声光谱技术进行高灵敏度痕量气体分析

研究了一种应用于光声光谱技术的极其灵敏的微压探测方法。一种二氧化硅悬臂梁替代原来的电容式声传感器,利用紧凑的迈克尔逊激光干涉仪来测量此二氧化硅悬臂梁的位移。对光声光谱测量技术进行了较大的改善。例如:采用黑体辐射作为光源,采用传统式光声光谱测试装置并使其工作在非共振模式下,甲烷气体测量灵敏度达到亚ppb量级。利用分布反馈式半导体激光器作为光源的新的光声光谱仪测量CO2的浓度。其灵敏度达到4.6×10-9cm-1WHz-1/2。此外,我们还实现了一个将光声光谱法和长吸收程吸收谱法相结合的选择式差动方法。     

基于光声原理的火灾复合气体探测技术

监测燃烧过程中产生的气体（主要是CO）来探测火灾逐渐成为火灾探测中的一个重要领域。各种现有的气体传感器灵敏度比较低，不利于火灾的早期报警,利用基于光声原理的复合气体探测技术来进行火灾探测，能极大地提高探测器的灵敏度。将CO和CO2的检测结合起来，可降低探测器的误报率，有利于提高早期报警。     

微弱气体光声光谱监测光声信号影响因素分析

气体光声光谱检测技术灵敏度高,不消耗被测气体,能很好地应用于变压器油中溶解微弱气体的在线监测。检测中,微音器输出的光声信号是进行气体浓度分析的唯一特征量。基于光声光谱技术的基本原理,构建了一种便携式、可调谐的光声光谱装置。在分析气体光声信号激发机理的基础上,结合实验深入探讨了影响气体光声信号的多种因素,获得气体光声信号与压力、温度、激光功率、气体浓度、背景气体、斩波频率及谐振频率漂移之间的关系曲线,理论及实验结果为进一步完善油中气体光声光谱在线监测系统提供了技术参照和支撑。     

火灾探测的模糊神经网络数据融合算法研究

针对火灾探测信号的特点,提出了一种基于模糊神经网络的多传感器火灾探测系统的数据融合算法.网络结构为9层,输入信号为CO气体浓度、烟雾浓度和温度,输出为火灾发生概率.通过网络训练和自学习不断调整权值,使网络输出与导师信号误差最小,完成了隶属度函数的自动生成和模糊规则的自动提取,大大提高了系统的精度和智能化.仿真结果验证了方法的可行性.     

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.     

基于光纤环衰荡腔的甲烷传感系统

为测量甲烷气体浓度,设计基于光谱吸收原理测量气体浓度的传感系统。该系统利用光纤环衰荡腔代替传统的光学腔,使光源产生的光脉冲信号在光纤环中多次循环吸收,延长了吸收路径,从而大大缩短了气室长度。利用该系统对甲烷气体浓度进行测量,对测量结果的参数进行分析,并通过实验仿真得到甲烷气体浓度与光脉冲信号衰荡时间的关系。结果表明:实验结果与理论相符,证明所设计系统正确可靠。     

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。     

基于波导CO2激光器光声光谱仪的性能优化

采用激光腔内光声光谱技术分析微量气体含量,通过对实验数据的L-M拟合处理,结果有效地消除了混合气体中CO2气体对其他气体浓度检测结果的影响,这种方法拟补了线性拟合的缺陷,进一步优化了基于波导CO2激光器光声光谱仪的性能．     

用于测量长光程CO和CO_2浓度的TDLAS传感器系统室内试验

开发了一种传感器,该传感器使用两支分布式反馈(DFB)二极管激光器,用于同时测量长光程路径上的CO和CO_2浓度。综合考虑吸收线强、空气中水蒸气等气体的干扰以及与其他尾气气体的干扰等因素,选择CO谱线的波段为2 326.8 nm,CO_2谱线的波段为2 004.0 nm。以TDLAS技术为基础,提取直接吸收信号,建立2种气体直接吸收信号峰值与浓度的线性比例关系,根据2种气体的吸收谱线峰值推断出其准确浓度。在实验室环境下,12～15 m的单向光程长度范围内,CO和CO_2的最大测量偏差分别为实际浓度值的-7.3%和-7.03%。     

高精度激光稳频技术在差分吸收气体探测中的应用

基于差分吸收体制下对大气中CO2气体激光探测的研究，文章对试验系统的光源波长控制部分做了硬件设计，以满足所需光源高精度，高稳定度的要求。     

关于固体光声效应的理论：气体膨胀的影响

提出了固体－气体光声腔的广义热导方程，并对一维模型进行了严格的理论分析，结果表明，气体膨胀和腔的声阻抗对光声信号有明显的影响，当利用光声信号的频率特性进行了定量测量时，这些影响尤为重要。     

ON THEORY OF PHOTOACOUSTIC EFFECT WITH SOLIDS: INFLUENCE OF GAS DILATATION

提出了固体－气体光声腔的广义热导方程，并对一维模型进行了严格的理论分析。结果表明，气体膨胀和腔的声阻抗对光声信号有明显的影响。当利用光声信号的频率特性进行定量测量时，这些影响尤为重要。     

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。     

浅议星载光信号定位探测系统设计

星载光信号定位系统是星载光学探测系统的重要组成部分,其功能是与光信号能量探测系统协调工作,在能量探测系统检测到光信号后,对光信号发生地进行准确定位,并将定位结果传送给下位机。科学的光信号定位探测系统设计,可有效提高信号探测的准确性和定位精度。     

基于全光型石英增强光声光谱的痕量气体探测系统研究

提出一种应用于乙炔气体探测的全光型石英增强光声光谱探测系统,采用具有正交相位点自稳定特性的外腔式光纤珐珀干涉仪作为光声信号解调单元,从而有效提高系统探测灵敏度和精度﹒基于波长调制技术,分析了调制深度系数对2次谐波信号的影响,并选择6 534.36 cm-1作为实验用乙炔吸收线,实验得到了该系统最佳调制系数为2.2,对应的最佳调制深度为0.179 5 cm-1;实验还得到了光声信号与10~300 ppmv乙炔浓度的线性关系,其线性度为0.997;进一步得到该系统的探测极限为584 ppbv,对应的归一化等效噪声吸收系数为2.4×10-7 cm-1?W?Hz-1/2,而在相同条件下,采用传统电解调方式得到的归一化等效噪声系数为1.3×10-6cm-1?W?Hz-1/2﹒结果表明,相对于传统QEPAS系统,该系统的探测灵敏度提高了4.4倍﹒最后,采用Allan-Werle方差对系统的长期稳定性进行分析,由此得到系统的最佳平均时间为102 s时,系统的最小可探测极限降低到136 ppbv﹒     

光声光谱技术应用于SF6局部放电分解组分检测

针对SF6局部放电下分解组分传统检测方法存在的消耗被测气体多、检测时间长、不适用于在线监测等不足,利用光声光谱技术具有检测气体灵敏度高、不消耗被测气体等特点,研究了用于SF6局部放电分解组分检测技术,给出了局部放电下SF6分解特征组分SO2、CO2、CF4的特征频谱,利用研制的光声光谱实验平台获得了气体的光声信号与气体体积分数关系,得到了SO2、CO2、CF4的最低检测限分别为3.8×10-6、3.1×10-6、4.7×10-6,建立了用于降低SO2、CO2、CF4混合气体的光声信号交叉响应的RBF神经网络算法,使3种气体平均检测误差分别降为5.6％、1.6％、3.3％,提高了检测准确度,并用气相色谱法和检测管法的对比测量验证了其可信性,为解决交叉响应的影响问题提供了一种技术手段.     

气体流量对石英增强型光声光谱检测精度的影响

石英增强型光声光谱(QEPAS)检测技术在痕量气体浓度检测方面具有灵敏度高、可靠性好、系统体积小等优势。以二氧化碳(CO2)为目标气体,深入研究不同气体流量对QEPAS检测系统精度的影响。通过Fluent ANSYS仿真软件对气体流场进行分析,完成对不同流量情况下气室内压强和流速的仿真。通过基于QEPAS的CO2气体检测系统的实验,研究了气室压强对气体浓度检测的影响。实验结果表明通过控制气体流量使得气室内的压强为1.08e-1~1.48e-1 Pa时,检测信号与气体浓度之间线性关系良好,相关系数R=0.99971,系统相对误差为0.5%,系统检测下限为72ppm。     

光谱吸收式的气体传感器时分复用系统

在基于可调谐二极管激光器吸收光谱学（TDLAS）技术的多点气体监测系统中,所需的激光器造价昂贵,使用多路气室共用一套光源与光探测器的复用技术可以降低单个测量点的造价.在此利用了一种灵活的新型拓扑结构,解决了传统拓扑结构中由于布局光纤造成的光信号延时而给信号采样带来的麻烦.并且给出了一套数字化的基于TDLAS技术的时分复用检测方案,并将数字正交锁相放大技术应用在时分复用检测系统中的谐波提取,消除了各路检测信号中相位对气体浓度检测的影响,得到更加高效的信号处理方案.基于Matlab的4路时分复用气体检测仿真系统验证了理论方案的可行性.     

乙炔检测系统的设计

在对乙炔气体分子近红外吸收光谱分析的基础上,采用1．52μm波段的LED作为光源,利用旋转双波长滤光片进行波长切换,从而实现差分吸收检测。应用波长调制技术、Ring—down腔技术,通过光纤传输实现乙炔气体质量浓度检测,检测的灵敏度为40×10^-5mg／m^3。