TDLAS氣體檢測靈敏度增強方法及其在漫反射率測量中的應用.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、對氣體濃度的有效檢測在環(huán)境保護,工業(yè)生產(chǎn)和生活安全中都具有重要的意義。在眾多氣體檢測手段中,可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)以其高分辨、高速度、非接觸,可實時在線檢測等優(yōu)勢受到人們廣泛青睞。本文主要研究以TDLAS為基礎(chǔ)的低成本、高靈敏、小型化氣體檢測方法及其在漫反射率測量中的應用。
  開展了低成本的可調(diào)諧多模二極管激光吸收光譜氣體檢測

2、方法研究(Tunable Multimode Diode Laser Absorption Spectroscopy,TMDLAS)。利用廉價的多模二極管激光器替代單模二極管激光器,實現(xiàn)了TDLAS方法的低成本改造。光源采用用于通訊的1318 nm多模二極管激光器。實驗表明,多模二極管激光器在較大的調(diào)諧范圍內(nèi)激光模式輸出穩(wěn)定,各個模式變化規(guī)律,波長連續(xù)可調(diào),重復性強。以甲烷氣體為測量氣體,通過分析比較多模激光發(fā)射譜特征及甲烷氣體透過譜特

3、征,確定了最佳的測量條件,從而使多個吸收信號疊加成為一個較大的吸收信號。利用波長調(diào)制光譜及二次諧波檢測方法提高信噪比,探測靈敏度有了顯著的提升。通過1 s的積分時間,獲得了25 ppm的探測靈敏度,測量精度為0.06%。
  開展了利用積分球(Integrating sphere,IS)增強TDLAS探測靈敏度方法的研究(TDLAS-IS),并提出了利用氣體吸收譜標定積分球等效光程的方法。研究表明,在 TDLAS-IS方法中,積分

4、球?qū)θ肷涔鈴?,探測電壓,入射角度和探測角度具有無差異性,對氣體吸收信號沒有影響,提高了系統(tǒng)的抗機械振動能力;積分球內(nèi)無光學鏡片的使用,消減了干涉噪聲對信號的影響;積分球長光程特性,有效增大了吸收信號幅度?;谝陨蟽?yōu)勢,系統(tǒng)的信噪比大大提高。在相同條件下,TDLAS-IS方法的探測靈敏度增強50倍。實驗還發(fā)現(xiàn)積分球等效光程與氣體吸收相關(guān),以濃度21%的氧氣作為標定氣體,通過實驗測量得到直徑為8.4 cm的積分球的準確等效光程為393.7

5、cm。而依據(jù)傳統(tǒng)理論,不考慮氣體吸收影響時,積分球的等效光程為436 cm,誤差高達11%,濃度越高,誤差越大。
  開展了將TDLAS-IS氣體檢測方法用于漫反射率測量的研究。在TDLAS-IS氣體檢測方法中,氣體濃度一定的情況下氣體吸收光譜與積分球內(nèi)壁材料反射率存在某種聯(lián)系,這種聯(lián)系使得可以通過氣體吸收譜的測量來獲得積分球內(nèi)壁材料的漫反射率信息,從而避免了傳統(tǒng)方法通過測量光強量而導致精度低的缺點。實驗分別采用時間分辨方法和利用

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