基于TDLAS的甲烷传感器高灵敏信号处理方法研究

基于可调谐半导体激光吸收光谱,提出了一种新的数字信号处理方法用于提高吸收光谱测量的灵敏度。将该方法应用于瓦斯气体探测实验,研究结果表明：采用卡尔曼滤波可以使波长调制光谱的信噪比提高一个数量级,由于该方法不需要增加系统设备的成本,故比其他噪声抑制技术有更实用价值。     

基于TDLAS的一氧化碳浓度检测的研究

可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）是利用气体分子的吸收光谱技术,痕量大气中污染气体的成分及浓度的新方法．介绍了TDLAS系统的组成及原理,分析了气体检测中二次谐波信号的检测原理,建立了待测浓度气体的二次谐波信号与标准浓度的二次谐波信号之间的模型,并用实验验证了该模型的准确性．     

激光频率调制光谱法测量甲烷的吸收光谱

采用激光频率调制吸收光谱技术，实现了国内首次用连续可调谐单膜半导体铅盐激光器测量出泥浆气中（经过简单物理处理）的CH4在3325nm附近的吸收光谱，其高分辨率谱线的测量对实际问题的应用有着重要的意义。     

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。     

差分吸收光谱技术在大气监测领域中的应用

随着人类经济的高速发展,环境污染和生态破坏日益严重,突发性环境污染事件也时有发生。如何防治污染、保护环境,成为当代科学的一个课题。痕量气体光谱分析技术检测大气污染具有检测范围广、速度快、成本低,且便于进行长期的动态检测等优势。差分光学吸收光谱技术(DOAS)是探测大气中痕量气体成分的现代光谱遥测技术。由于其高准确性和高分辨率、可同时对多种气体进行测量等优点被广泛用于城市空气质量、污染源排放(如:高速公路、企业排放)、对流层和平流层的大气痕量气体成分及自由基的测量。它可以同时测量大气中多种气体分子,如CO2、SO2、NOx等。本文介绍了主要介绍差分吸收光谱技术的原理、测量精度影响因素及其在大气监测领域中的应用。     

侧向散射激光雷达反演气溶胶后向散射系数误差分析

气溶胶的光学特性是大气探测的一个重要部分,侧向散射激光雷达很适合于探测近地面大气气溶胶光学特性。在侧向散射激光雷达的反演公式中,气溶胶后向散射系数对各直接测量量偏导数的解析表达式是求不出的,传统的误差传递公式难以发挥作用。而直接误差传递的方法,适应于这种情况。用直接误差传递方法估算参考点气溶胶后向散射系数、大气后向散射系数、气溶胶消光后向散射系数比、测量信号、大气分子和气溶胶比相函数分别独立变化时引起后向散射系数误差的大小及总误差的大小。     

基于差分光学吸收光谱技术检测室内空气质量研究

基于差分光学吸收光谱法原理,研究了一套室内空气质量检测装置.用可调谐二极管激光作为传感光源,采用波长调制方法,通过对谐波信号进行光电探测可得气体浓度.还特别设计了一个利用多个凹面反射镜来延长测量光程的光学系统,可提高系统的检测灵敏度.     

大气气溶胶光学参数的高光谱分辨率激光雷达探测研究

系统地介绍了国内第一台基于碘吸收滤波器的高光谱分辨率激光雷达系统,及有关的数据处理和测量结果．该系统以种子激光注入的窄带Nd：YAG激光器作为发射光源,利用碘吸收滤波器作为高光谱分辨率滤光器件,将接收到的激光后向散射信号分成能量监测和光谱监测两个探测通道,实现对大气气溶胶散射和分子散射的光谱分离．在没有其他假设、仅利用标准大气模型计算结果的情况下,直接测量得到气溶胶后向散射比、后向散射系数．与以往米散射激光雷达大气气溶胶参数提取方法如Klett方法相比,该测量方式无须激光雷达比即气溶胶消光系数对后向散射系数之比的假设．     

TDLAS二次谐波信号检测下限计算方法的研究

基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)的大气痕量气体检测方法具有高灵敏度和实时响应等特点.根据半导体激光器的特性,在进行波长直接调制时振幅调制也会伴随发生,并产生残余振幅调制噪声.在吸收线宽较大的检测条件下其影响不可忽视.为探讨伴随发生的振幅调制对检测下限的影响,提出了一种同时考虑波长和振幅调制的二次谐波信号分析及提取方法,并以二次谐波信号峰谷差值作为系统的检测信号,实施信噪比及检测下限的计算.结果表明,残余振幅调制噪声是影响检测下限的重要因素.     

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。     

Extinction efficiencies of mixed aerosols measured by aerosol cavity ring down spectrometry

A cavity ring down spectroscopy instrument was introduced and designed for measuring extinction efficiencies of pure and mixing aerosols in this paper.Through averaging 500 individual waveforms,the minimal detectable aerosol extinction coefficient of 8.4 × 10-7 m-1 was achieved.By the test results using the NaCl particles,we concluded that this system could measure the extinction efficiencies of an aerosol with an uncertainty less than 3% under laboratory controlled experimental conditions.The refractive indices of different aerosols were retrieved through comparing the measured extinction efficiencies of each aerosol type with which predicted by Mie theory.Aerosols composed of ammonium sulphate and succinic acid with different weight ratios were used to create a model of mixed aerosols using these two materials,whose extinction efficiencies and complex refractive indices were derived.The refractive indices of the mixed aerosols were also calculated by various optical mixing rules.We found that all the molar refraction/absorption mixing rule,the volume ratio linear rule,and Maxwell-Garnett rule did provide comparable results,of which the volume ratio linear rule gave a slightly worse fit than the others.     

可调谐半导体激光光谱技术在工业控制监测氧气浓度中的应用

采用分布反馈式（Distributed feedback,DFB）半导体激光器作为光源,通过检测760nm附近氧气的一条转动吸收线对排放的气体中氧气的浓度进行实时监测．采用开放式双光程设计,并通过背景信号拟合的方法消除消光系数对检测的影响．实验结果证明,该方法是可以对氧气的实时在线浓度进行检测的一种比较简单的方法．     

Characteristic absorption peak of the human blood measured with differential photoacoustic spectroscopy

A new highly sensitive spectroscopy technique- differential photoacoustic spectroscopy (PAS) is presented in this paper. The blood samples from 3 healthy persons, patients with leukemia, patients with pregnancy-induced hypertension (PIH), and 40 patients with nasopharyngeal carcinoma were measured by the PAS technique. The normalized, the first order, and the second order differential photoacoustic spectroscopy of the blood were gained. The results show that (ⅰ) weak absorption peaks or shoulder peaks, which could not be found using conventional photoacoustic spectroscopy, were determined by the first order and the second order differential photoacoustic spectroscopy which significantly improve the sensitivity of detection; and (ii) that two characteristic absorption peaks were found at the wavelength of 637 and 664 nm in all persons' blood samples by the differential photoacoustic spectroscopy technique. This experiment concludes that the differential photoacoustic spectroscopy technique is superior to the conventional photoacoustic spectroscopy technique in detecting photoacoustic spectroscopy of biological samples.     

基于激光吸收光谱的水泥工业废气检测方法

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术具有灵敏度高、选择性强、响应快速等特点。利用中心波长为1 579nm的光通信波段光纤耦合近红外分布反馈(DFB)式半导体激光器,结合波长调制技术,建立了基于TDLAS的水泥工业废气实时检测实验装置。通过波长调谐使激光波长同时覆盖CO和CO2的吸收线,实现对这两种成分的同时检测。CO和CO2的最低检测浓度可达4×10-5(体积分数),满足对水泥工业废气的检测要求。     

石墨炉原子吸收光谱中铁_铝基体的背景吸收影响

本文研究石墨炉原子吸收光谱中铁、铝的氯化物和硝酸盐的背景吸收影响.背景吸收波长特性的研究表明,铁、铝氯化物和硝酸盐的背景吸收都具有明显的波长特性.氯化铝和硝酸铝的背景吸收曲线基本重合,而硝酸铁较氯化铁的背景吸收要小得多.时间特性的研究表明,在某些情况下,可以通过选择记录原子吸收信号的时间来减小甚至完全消除背景吸收干扰.     

在特定环境中气溶胶组分光学特性的分析

基于Mie散射的OPAC软件包,分析了在激光雷达探测气溶胶时的3种特定环境(大陆洁净、大陆污染、海上污染)下各种气溶胶组分对光学特性(消光系数、散射系数、吸收系数、激光雷达比)的影响,对比了在550、1 000 nm这2个波长下的变化规律.研究结果表明:在550、1 000 nm这2个波长下不同环境中气溶胶组分的消光系数、散射系数随水滴数浓度的增加均呈线性递增,大陆洁净型和大陆污染型气溶胶环境的吸收系数变化均比较缓慢.在海上污染型气溶胶环境中,当气溶胶组分为积聚模态海盐和粗模态海盐时,水滴数浓度的变化率为0,这表明在这2种气溶胶组分环境下,吸收系数不随水滴数浓度的变化而变化; 激光雷达比受雷达波长和气溶胶环境组分2个因素的影响,该值在大陆污染型气溶胶环境下的变化最为明显,在水溶性和非水溶性组分下大幅递减,而在煤烟组分下大幅递增.     

气溶胶微粒红外消光特性的计算

根据Mie光散射理论,对球形微粒物质在红外波段的消光参数进行计算,认为给定波长时,物质皆有一个合适的半径,使其质量消光系数达最大;该半径比消光效率峰值相应粒径小.估算了SiO_2、碳黑、石墨和Al粉在3～14μm波段的最大消光系数及相应粒径。     

无声放电场作用下产生OH自由基的实验研究

用一种无声放电方法，使反应器中Ｎ２－Ｈ２Ｏ介质在高频高压电场作用下产生ＯＨ，以促进燃烧反应，抑制碳烟生成，并开发一种追踪化学反应的分子物理测量手段，用共振吸收光谱法测定ＯＨ浓度。