LabVIEW在腔衰荡光谱检测系统中的应用

腔衰荡光谱技术(Cavity Ring Down Spectroscopy, CRDS)具有高精度和高灵敏度,是一种常应用于微量气体浓度检测的方法,而采用这项技术的关键就是衰荡时间的准确获取。本文为此设计一种基于LabVIEW的腔衰荡信号在线处理系统,实现对衰荡信号的实时采集、平均、拟合、显示和保存。采用外部调制二极管激光器和高反腔搭建CRDS装置,获取实际的衰荡信号,用该系统处理测得的衰荡信号与其他软件的处理结果对比。实验表明,所编写的在线腔衰荡信号处理系统,可实现对衰荡时间的准确获取。     

光腔衰荡光谱系统设计与信号分析

讨论了用连续波半导体激光器做光源的光腔衰荡光谱(CRDS)系统设计及信号分析,介绍了CRDS的工作原理、系统的设计与搭建、谐振腔单模的调节与分析,提出了获取衰荡时间的算法,并在不同波长和光强下,测量了谐振腔(吸收池)的本征衰荡曲线并拟合了相应的衰荡时间.实验结果表明,基于所搭建的CRDS系统,用文中所提出的衰荡时间的采集算法,能够获得稳定性好的衰荡时间,避免光源波动对衰荡时间的影响.     

基于连续波激光器衰荡腔吸收光谱的痕量气体探测方法

本文描述了一种采用连续波激光激发衰荡腔光谱测量痕量气体浓度的实验装置。CRDS是基于比尔定律的吸收光谱技术,通过将光耦合到含有样品的高精细度光学谐振腔并测量光衰减速率来测量样品浓度的。它提供了绝对的和高精度的分子浓度的测量方法。这种技术只需要激光二极管提供单一模式的适度的激光功率,使系统易于运输。近红外区域,很容易与周围环境温度二极管访问包含了泛频振动能级和禁止的许多重要物体的电子跃迁。我们的研究重点是研究连续波激光激发衰荡腔光谱的性质,以增加这些物体的检测灵敏度。具体来说,我们正在研究在范围从ppb到ppt范围湿度测量。最近,我们获得了比吸收谱测量方法更好的检测极限灵敏度1x10-11cm-1Hz-1/2。我们将讨论该设备及其应用,目前的表现数据。     

衰荡腔光谱技术检测混合气体中甲醛含量

利用光参量振荡技术产生2.2~3.97μm的宽调谐窄线宽中红外相干辐射.采用该中红外光源和衰荡腔光谱技术建立了一痕量气体成分光谱检测系统,并使用该系统对混合气体中的甲醛成分进行了测量,得到了72×10-9的检测灵敏度.整个光谱检测系统具有很好的光谱分辨率、选择性以及测量灵敏度,适用于大气中多种污染或温室效应气体成分的检测.     

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。     

腔衰荡光谱技术的理论分析

腔衰荡光谱技术是一种新型的光谱检测方法,由于该技术具有吸收光程长,不受光源强度起伏影响的特点,因而受到国内外的广泛重视,已被应用于探测分子及原子体系。本文主要分析腔衰荡光谱技术的原理、相关核心部件的选择及注意事项,为下一步仪器的研制奠定基础。     

双锥形光纤应变传感器

光纤环形腔衰荡光谱技术是一种新兴的高灵敏吸收光谱技术,可以用来测量腔内微量的光损耗。当外界在双锥形光纤上施加应变时,会引起光脉冲在光纤环形腔内传输的变化,通过测量光在腔中的衰荡时间,实现应变的测量。实验结果表明,该应变传感系统的应变分辨率最高可达到0.8με。     

应用FLRDS技术测量多模光纤的弯曲损耗

光纤环形腔衰荡光谱技术是一种新颖的吸收光谱技术,具有灵敏度高,信噪比强等优点.利用这种技术可以实现环形腔内光损耗的测量.对多模光纤的弯曲损耗进行了定量测量和分析.     

可用于诊断非酒精性脂肪肝疾病的同时测量丙酮和异戊二烯CRDS呼吸分析仪研究

呼吸分析技术通过分析呼出气体成分浓度的改变诊断疾病和监测人体代谢情况,由于其简单、无创的特性使其具有非常高的应用前景和研究意义.目前呼吸分析技术用于疾病诊断的挑战之一是寻找到呼吸标记物与当前疾病诊断参数的量化关系,然而由于人体代谢的复杂性,目前已经建立的呼吸标记物中,一种标记物与几种疾病相关联或一种疾病与几种呼吸标记物相关联.为了提高呼吸分析技术诊断疾病的特异性和灵敏性,本文提出了一种同时测量呼吸中的丙酮和异戊二烯两种成分的基于光腔衰荡光谱技术(CRDS)的实时在线(在线引入样品,无需样品前处理)的呼吸分析仪,分析了选择266nm和224nm作为激光光源波长的测量合理性,并描述了同时测量测量丙酮和异戊二烯CRDS呼吸分析仪装置原理,由于丙酮和异戊二烯是非酒精性脂肪肝的特异性成分,该呼吸分析仪可应用于诊断非酒精性脂肪肝疾病.     

一氧化氮的衰荡质谱

首次在时间飞行质谱仪上观测到波形拖长 1 1ns的NO衰荡质谱 .使用偏离腔镜反射率高峰平台区波长的激光入射 ,通过腔内倍频 ,增强多光子共振电离信号 ,实现了多光子共振电离技术和衰荡光谱技术有效结合 ,为瞬态分子结构研究提供了一个新方法     

气体红外激光光声光谱的研究

本文对气体红外激光光声光谱的理论进行探讨,并以分子运动论的物理模型对气体光声信号进行推导。为了提高气体光声系统灵敏度,设计了亥姆霍兹共振光声池,并作了实验验证,其实验数据与理论值基本相符。对乙烯、苯、甲醇、二氯甲烷、氨等微量气体进行了实验检测,得到了它们的光声光谱。实验结果证明,我们建立的气体红外激光光声光谱装置,可对痕量气体进行检测。为大气污染的检测提供了一种先进的高灵敏而又可靠的检测方法。     

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。     

THz辐射在气体检测中的应用初探

鉴于大气污染问题的日趋严重,人们在寻找不同的技术方法,用于大气化学研究和污染气体检测,从而对空气质量进行监督和对已污染大气进行整治。本文概述了光谱技术在气体检测中的应用,重点介绍了THz辐射在气体检测中的研究进展。     

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．     

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。     

TDLAS二次谐波信号检测下限计算方法的研究

Atmospheric trace gas detection method based on tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) has high sensitivity and real-time response characteristics. According to the characteristics of semiconductor lasers, amplitude modulation and residual amplitude modulation noise can also occur when the wavelength is modulated directly and the impact can not be ignored in the case of larger absorption linewidth. In order to investigate the impact of residual amplitude modulation to SNR and detection limit, a second harmonic signal analysis and extraction method is introduced with taking into account simultaneously the wavelength and amplitude modulation. The difference between peak and valley of second harmonic signal are utilized for the system detection signal to calculate the SNR and detection limit. The results show that residual amplitude modulation noise is an important factor to affect the detection limit.     

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.     

基于相关光谱和差分检测的气体传感系统

基于相关光谱和差分检测技术提出了一种新型的光纤气体传感系统,实现了对微量气体的高灵敏度、高准确度、实时在线检测.首先对该系统进行了详尽的理论分析,然后在合理选择实验器件的基础上搭建了一个光纤气体传感系统,测量乙炔气体的体积分数.该系统不仅消除了光强波动及待测气体中杂质气体的干扰,而且也避免了周围环境中噪声和杂散光的影响.实验结果表明,系统的分辨力可达0.5‰,测量灵敏度为6.62μV,最大绝对误差为0.15‰,相对误差为7.5%,稳定性为2.27%,重复性误差为0.817%.     

纳米化卟啉阵列嵌入式气体检测系统

针对环境中挥发性有毒气体检测需求,基于纳米化卟啉阵列与微量气体发生化学反应导致其色谱产生变化的基本原理,设计了以ARM9 S3C2440A为核心、纳米化卟啉阵列为传感器的嵌入式气体检测系统。给出系统总体设计,光谱信号采集、信号处理、监控等主要功能模块结构电路及其控制软件,利用能量守恒微分方程,建立了采样气室温度流量控制模型,对化学传感器检测条件进行精确控制。最后应用该系统对氨气、庚醛、环己烷、己醛等典型微量气体进行了测试,其结果表明该系统能实现快速、准确的微量挥发性毒气检测。