光声光谱技术在多组分气体浓度探测中的应用 被引量：18

1

作者 查申龙 刘锟 +2 位作者 谈图 王贵师 高晓明 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期8-13,共6页

CO和CH_4气体作为判断变压器运行状态的故障气体,对其浓度的探测在变压器维护中具有重要意义.为了准确探测变压器运行过程中产生的CH_4和CO气体浓度,本文利用光声光谱技术,设计了一套基于宽带光源的多组分气体探测系统,和共振型光声系... CO和CH_4气体作为判断变压器运行状态的故障气体,对其浓度的探测在变压器维护中具有重要意义.为了准确探测变压器运行过程中产生的CH_4和CO气体浓度,本文利用光声光谱技术,设计了一套基于宽带光源的多组分气体探测系统,和共振型光声系统相比,该系统中所用的非共振型光声池体积小,易加工,池内各处信号强度相同,降低了对声学信号探测器的安装要求.系统的性能通过对CO和CH_4气体的探测进行评估.首先,从理论上分析了信号强度与调制频率呈反比,然后根据宽带光声系统在不同调制频率下的响应,确定系统的最佳调制频率为22 Hz.在最佳调制频率下,根据温度与待测气体光声信号的关系,对光声信号进行温度补偿,消除温度变化对光声信号的影响,进一步提高了系统的稳定性.最后,通过不同浓度的CH_4和CO气体对系统进行标定.实验表明,温度补偿前后,光声信号随温度的漂移分别为0.023 23V/℃和8.383 48×10^(-5) V/℃,通过对不同浓度CH_4和CO气体的探测,系统的线性度分别达到0.995和0.998 4.在一个大气压下,积分时间为1s时,宽带光声探测系统对CO和CH_4气体的探测极限浓度能够达到1μL/L.该系统成本低,线性度好,探测灵敏度符合国标对变压器维护过程中CO和CH_4气体的探测要求. 展开更多

关键词 红外光谱 气体探测 光声光谱 甲烷 一氧化碳 宽带光源 温度补偿 灵敏度

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基于TDLAS技术的吸入便携式甲烷探测仪研制 被引量：13

2

作者 刘杰 董洋 +3 位作者 古明思 陈家金 谈图 高晓明 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期521-527,共7页

为了满足城市管网日常维护中对甲烷(CH4)泄漏检测的需求,研制了一种基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的吸入便携式CH4探测仪,其重量仅为1.4 kg,体积为22 cm×10cm×10 cm。仪器内部采用中心波长为1654 nm的分布反馈式... 为了满足城市管网日常维护中对甲烷(CH4)泄漏检测的需求,研制了一种基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的吸入便携式CH4探测仪,其重量仅为1.4 kg,体积为22 cm×10cm×10 cm。仪器内部采用中心波长为1654 nm的分布反馈式激光器作为光源,集成了物理基长8.5 cm、有效光程2.25 m的光学多通池.系统基于STM32F405单片机控制激光器产生稳定的调制激光,配合信号采集处理单元实现对吸收信号的采集,并利用数字锁相放大器提取信号中的二次谐波分量,反演得到待测气体浓度.对探测仪进行标定和稳定性实验,结果表明二次谐波信号幅值与气体浓度有良好的线性关系,系统测量精度为±3.05%,仪器的最小可探测极限为0.88 ppm,其精度与便携性满足实际检测需求。 展开更多

关键词 光谱学 可调谐半导体激光 吸收光谱 甲烷

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基于7.6μm量子级联激光的光声光谱探测N2O气体 被引量：13

3

作者 周彧 曹渊 +4 位作者 朱公栋 刘锟 谈图 王利军 高晓明 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期91-97,共7页

近年来,气候变化对地球的生态环境产生严重影响,而大气温室气体在气候变化中具有重要的作用.一氧化二氮(N_2O)作为一种重要的温室气体,其浓度变化对大气环境产生重要影响,因此对其浓度的探测在大气环境研究中具有重要意义.本文开展了基... 近年来,气候变化对地球的生态环境产生严重影响,而大气温室气体在气候变化中具有重要的作用.一氧化二氮(N_2O)作为一种重要的温室气体,其浓度变化对大气环境产生重要影响,因此对其浓度的探测在大气环境研究中具有重要意义.本文开展了基于中国自主研发的7.6μm中红外量子级联激光的共振型光声光谱探测N_2O的研究,建立了N_2O光声光谱传感实验系统.此系统在传统的光声光谱探测的基础上优化改进,采用双光束增强的方式,增加了有效光功率,进一步提高了系统的探测灵敏度.探测系统以1307.66 cm^(-1)处的N_2O吸收谱线作为探测对象,结合波长调制技术对N_2O气体进行探测研究.通过对一定浓度的N_2O气体在不同调制频率和调制振幅的光声信号的探测,确定了系统的最佳调制频率和调制振幅分别为800 Hz和90 mV.在最优实验条件下对不同浓度的N_2O气体进行了测量,获得了系统的信号浓度定标曲线.实验表明,在锁相积分时间为30 ms时,系统的浓度探测极限为150×10^(-9).通过100次平均后,系统噪声进一步降低,实现了大气N_2O的探测,浓度探测极限达到了37×10^(-9). 展开更多

关键词 光声光谱 量子级联激光器 一氧化二氮 痕量气体探测

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基于激光外差技术的高分辨率整层大气透过率测量 被引量：11

4

作者 吴庆川 黄印博 +4 位作者 谈图 曹振松 刘强 高晓明 饶瑞中 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期1678-1682,共5页

激光外差技术是一种高灵敏度的光谱探测技术,利用该技术研制的装置易于集成化小型化,可以进行地基或星载的地球大气或天文观测。基于激光外差光谱测量技术,结合自研的太阳跟踪仪建立了一套高分辨率整层大气透过率测量系统,系统分辨率约... 激光外差技术是一种高灵敏度的光谱探测技术,利用该技术研制的装置易于集成化小型化,可以进行地基或星载的地球大气或天文观测。基于激光外差光谱测量技术,结合自研的太阳跟踪仪建立了一套高分辨率整层大气透过率测量系统,系统分辨率约为0.006cm^(-1)。该系统利用太阳光和红外激光在非线性探测器中进行光学混频,通过对获取的混频信号进行电子学滤波和平方率探测,获得了高光谱分辨率的外差信号。采用Langley-plot定标法对测量系统进行定标,获取了仪器标定常数和对应的大气总光学厚度,实现了中红外波段整层大气透过率的实时测量。同时,将实测整层大气透过率与MODTRAN5.0软件仿真计算的结果进行对比分析,两者的一致性较好。分析表明该测量系统具有很高的分辨率并且性能稳定可靠,在大气科学、天文观测和激光大气传输等研究领域具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 光谱 激光外差 整层大气透过率 Langley-Plot定标

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基于共振型高灵敏度光声光谱技术探测痕量乙炔气体浓度 被引量：12

5

作者 查申龙 刘锟 +5 位作者 朱公栋 谈图 汪磊 王贵师 梅教旭 高晓明 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期2673-2678,共6页

乙炔气体作为判断变压器运行状态的一种故障气体,其浓度的高低反映了变压器的运行状况,因此对其浓度的探测在变压器的维护中具有重要意义。为了准确探测变压器运行过程中产生的乙炔气体浓度,为变压器的维护提供技术参数,针对基于DFB激... 乙炔气体作为判断变压器运行状态的一种故障气体,其浓度的高低反映了变压器的运行状况,因此对其浓度的探测在变压器的维护中具有重要意义。为了准确探测变压器运行过程中产生的乙炔气体浓度,为变压器的维护提供技术参数,针对基于DFB激光器的共振型光声光谱技术痕量乙炔气体检测技术开展研究,对传统的光声光谱探测系统进行改进。根据光声光谱技术的理论可知,光声信号的强度与入射激光的功率成正比,所以在光声池的出射窗口采用一个平面反射镜将红外光再次反射到光声池中以增加入射光功率,增强光声信号强度,进一步提高了光声系统的探测灵敏度。通过一定浓度的乙炔气体在不同调制频率和不同调制深度下光声信号强度的变化,确定光声探测系统的最佳调制频率和最佳调制深度为767 Hz和0.3mV。利用不同浓度乙炔气体对系统进行标定,然后采用最小二乘法对光声信号与气体浓度进行拟合,二者具有很好的线性度。通过Allan方差计算可知,系统在平均时间达到200s时,能够达到最低探测极限浓度。实验表明,在一个大气压下,积分时间为10ms时,改进后的共振型光声光谱探测系统对乙炔气体的最低探测极限浓度达到了0.3μL·L^(-1)。还将小波去噪技术引入到低浓度下乙炔气体的光声信号处理中,有效消除了低浓度气体光声信号中的噪声,提高了信噪比。设计的共振型光声光谱探测系统操作简单,最低探测浓度符合国标中对变压器维护过程中对乙炔气体的探测需求,在变压器维护领域具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 光声光谱 小波去噪 气体探测 灵敏度

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基于数字频率锁定技术实时探测实际大气中甲烷浓度 被引量：10

6

作者 王贵师 蔡廷栋 +3 位作者 汪磊 谈图 张为俊 高晓明 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期163-168,共6页

利用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术对气体进行长时间实时监测时,激光器波长的漂移会给测量精度造成较大的影响。为了消除这种影响,利用Lab-VIEW设计的数字比例积分微分(PID)算法和软件数字锁相,将激光频率锁定在待测气体的吸收... 利用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术对气体进行长时间实时监测时,激光器波长的漂移会给测量精度造成较大的影响。为了消除这种影响,利用Lab-VIEW设计的数字比例积分微分(PID)算法和软件数字锁相,将激光频率锁定在待测气体的吸收峰上。采用1.653μm的分布式反馈(DFB)半导体激光器作为光源,结合100 m离散型Herriot吸收池,选择空气中的甲烷作为研究对象,对系统性能进行了测试和分析。结果表明,该系统可以将激光器稳定在±0.001 cm-1范围内,对激光器的漂移起到了很好的抑制作用。系统使用二次谐波测量时1 s积分时间内检测限约为1.8×10-8体积分数,可以满足环境空气中甲烷的长时间监测。该方法可以直接应用于其他痕量气体探测、燃烧诊断等领域。 展开更多

关键词 激光技术 可调谐半导体激光吸收光谱 波长调制 软件数字锁相 数字比例积分微分 Lab-VIEW 实时测量

原文传递

基于线阵CCD的微型光谱仪的研制 被引量：10

7

作者 王伟兰 谈图 +1 位作者 汪磊 高晓明 《大气与环境光学学报》 CAS 2011年第4期299-304,共6页

为了满足环境污染检测等工业实际应用的需要,便于系统的集成、降低成本,研制了基于CCD芯片的微型光谱仪,重点介绍了仪器的光学和电子学设计。光学系统采用了非对称交叉式Czerny-Turner分光结构,使用线阵CCD为光探测元件;电子学设计部分... 为了满足环境污染检测等工业实际应用的需要,便于系统的集成、降低成本,研制了基于CCD芯片的微型光谱仪,重点介绍了仪器的光学和电子学设计。光学系统采用了非对称交叉式Czerny-Turner分光结构,使用线阵CCD为光探测元件;电子学设计部分结合单片机智能化控制的特点和复杂可编程逻辑器件时序准确、可编程的优点实现了高效、灵活的光谱数据采集。CCD光谱仪的性能测试表明,该光谱仪光谱覆盖范围为350～780 nm,光谱分辨率达到了0.6 nm,信噪比近500。 展开更多

关键词 微型光谱仪 线阵CCD 复杂可编程逻辑器件 单片机 数据采集

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车载天然气管道泄漏遥感探测技术的研究 被引量：9

8

作者 汪磊 谈图 +3 位作者 曹振松 王贵师 张为俊 高晓明 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期2192-2195,共4页

我国天然气工业已经进入了迅速增长阶段,其作为一种洁净、高效的能源在经济发展以及人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。天然气在生产、加工、运输和储存等过程中泄漏是难以避免的,这不仅会造成浪费,甚至还会造成重大灾难事故,这... 我国天然气工业已经进入了迅速增长阶段,其作为一种洁净、高效的能源在经济发展以及人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。天然气在生产、加工、运输和储存等过程中泄漏是难以避免的,这不仅会造成浪费,甚至还会造成重大灾难事故,这就使得对天然气管道泄漏进行探测显得尤为重要。文章围绕着车载式天然气管道泄漏遥感探测展开研究,设计并建立了一套车载式天然气管道泄漏遥感探测系统及模拟车载运动条件的实验平台,提出了一种简易可行的积分浓度标定方法。同时基于此实验平台和新的标定方法对不同反射距离,不同反射体,不同反射角度以及不同运动扫描速度进行了测量对比,用以模拟真实外场环境。实验结果和理论分析具有很好的一致性,该系统可实现探测距离为70m,时速为53.3km.h-1下,对较低浓度标准气体进行遥感探测,最小探测极限为28.9ppm.m。实验结果能够满足实际探测需要。 展开更多

关键词 天然气 遥感探测 谐波探测 积分浓度

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基于中红外QCL激光和新型多通池高灵敏度测量CO和N_2O的研究 被引量：10

9

作者 谈图 刘锟 +3 位作者 王贵师 汪磊 陈卫东 高晓明 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期350-356,共7页

利用量子级联激光器(QCL)结合新型小型化光学多通吸收池高灵敏度同时测量CO和N2O痕量气体。所用激光为工作在4.3 mm附近的宽调谐、无跳模外腔量子级联激光器,激光在较短的时间内(1 s)连续波长扫描,并覆盖N2O(2203.73333 cm-1)和CO(2203.... 利用量子级联激光器(QCL)结合新型小型化光学多通吸收池高灵敏度同时测量CO和N2O痕量气体。所用激光为工作在4.3 mm附近的宽调谐、无跳模外腔量子级联激光器,激光在较短的时间内(1 s)连续波长扫描,并覆盖N2O(2203.73333 cm-1)和CO(2203.161 cm-1)两种分子的吸收谱线,从而实现对N2O和CO的同时测量。利用物理基长为12 cm的新型小型化光学多通吸收池,探测光在吸收池内来回反射243次,有效光程达到29 m。利用波长调制吸收光谱和二次谐波探测技术实现了对N2O和CO的高灵敏度探测,测量系统的最低可探测浓度极限约为2.0×10-9(N2O)和1.7×10-9(CO)。 展开更多

关键词 光谱学 光学多通池 量子级联激光 高灵敏度探测

原文传递

基于线阵CCD的光谱信号高速数据采集系统设计 被引量：8

10

作者 王伟兰 谈图 +1 位作者 汪磊 高晓明 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2011年第11期48-50,共3页

为了满足环境污染检测等工业实际应用的需要,便于系统的集成、降低成本,设计了一个基于FPGA和USB 2.0的线阵CCD光谱信号高速数据采集系统。以FPGA芯片EP2C20Q240作为采集系统的控制核心,USB 2.0芯片CY7C68013A作为数据传输通道与上位机... 为了满足环境污染检测等工业实际应用的需要,便于系统的集成、降低成本,设计了一个基于FPGA和USB 2.0的线阵CCD光谱信号高速数据采集系统。以FPGA芯片EP2C20Q240作为采集系统的控制核心,USB 2.0芯片CY7C68013A作为数据传输通道与上位机实现通信,通过计算机软件进行光谱采集,并能实时控制CCD的积分时间和采集光谱的平均次数。实验表明:该系统高效、稳定,1 s采集250帧谱图,可广泛应用于CCD光谱的实时快速精确测量。 展开更多

关键词 线阵CCD FPGA USB 2.0 数据采集

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水气含量对基于QEPAS甲烷气体探测性能的影响 被引量：9

11

作者 孙善文 易红明 +4 位作者 王贵师 汪磊 谈图 刘锟 高晓明 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期209-214,共6页

由于气体的湿度对分子振动弛豫有着较大的影响,利用石英音叉增强型光声光谱(QEPAS)技术作为甲烷气体传感,在实际应用中,空气的水气浓度变化将会使光声测量气体浓度的信号强度发生变化。实验中采用鼓泡法结合湿度计来改变探测气体中的湿... 由于气体的湿度对分子振动弛豫有着较大的影响,利用石英音叉增强型光声光谱(QEPAS)技术作为甲烷气体传感,在实际应用中,空气的水气浓度变化将会使光声测量气体浓度的信号强度发生变化。实验中采用鼓泡法结合湿度计来改变探测气体中的湿度,测量了常压下1.653μm波长处甲烷的二次谐波信号,系统地研究了探测气体中水气浓度的变化对石英音叉Q值、共振频率f0等参数的影响。实验结果表明,水气对基于QEPAS技术甲烷气体传感器的实际应用有着很大的影响,主要表现在甲烷分子振动弛豫和探测系统性能两个方面。当实际大气中绝对湿度为2.34%时,获得的系统最小可探测质量浓度为0.57mg/m3。 展开更多

关键词 光谱学 石英音叉增强型光声光谱 波长调制 水气

原文传递

天然气管道泄漏激光遥感探测系统的研制及标定方法 被引量：7

12

作者 汪磊 谈图 +1 位作者 王贵师 高晓明 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期2912-2917,共6页

基于地形后向散射和谐波探测原理,设计并建立了一套天然气管道泄漏激光遥感探测系统,并基于此平台实现了探测距离在120 m,对体积分数为0.308%的模拟天然气泄漏源进行远距离遥感探测,并对空气中痕量甲烷气体进行了测量,系统的最小探测灵... 基于地形后向散射和谐波探测原理,设计并建立了一套天然气管道泄漏激光遥感探测系统,并基于此平台实现了探测距离在120 m,对体积分数为0.308%的模拟天然气泄漏源进行远距离遥感探测,并对空气中痕量甲烷气体进行了测量,系统的最小探测灵敏度约为3×10-5m;同时研究了不同散射体的反射效率tρot对实验的影响,提出并实验验证了新的积分浓度标定方法的可行性,其实验结果能够满足实际探测需要。 展开更多

关键词 遥感 谐波探测 积分浓度 痕量探测 反射效率

原文传递

高灵敏度激光吸收光谱中的微弱信号处理 被引量：5

13

作者 孙义 谈图 高晓明 《应用光学》 CAS CSCD 2008年第2期257-261,共5页

可调谐二极管激光频率调制吸收光谱(FM-TDLAS)技术是一种高灵敏度的痕量气体检测方法。为改善以CH4为目标气体检测系统的信噪比,提高系统的检测灵敏度,以双平衡混频器(double balanced mixer)为核心,设计了一套用于提取被噪声淹没的微... 可调谐二极管激光频率调制吸收光谱(FM-TDLAS)技术是一种高灵敏度的痕量气体检测方法。为改善以CH4为目标气体检测系统的信噪比,提高系统的检测灵敏度,以双平衡混频器(double balanced mixer)为核心,设计了一套用于提取被噪声淹没的微弱信号的调制解调高频相敏探测器。在对高频相敏探测器进行具体设计和分析的基础上,结合实验,利用CH4气体在1653nm附近的近红外吸收光谱,对整体电路的性能进行了测试,获得了具有较高信噪比的二次和一次谐波信号,检测灵敏度可达10×10-6。 展开更多

关键词 光谱学 频率调制 微弱信号处理 相敏探测 CH4

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激光外差光谱仪的仪器线型函数研究 被引量：8

14

作者 卢兴吉 曹振松 +3 位作者 谈图 黄印博 高晓明 饶瑞中 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期136-142,共7页

激光外差是一种基于相干探测原理的高灵敏度光谱检测技术,因其同时具有很高的光谱分辨能力,被广泛应用于诸多研究领域.在光谱测量过程中,仪器线型函数对吸收谱线的平滑作用,会对气体浓度的反演结果产生影响.为了获取激光外差光谱仪的仪... 激光外差是一种基于相干探测原理的高灵敏度光谱检测技术,因其同时具有很高的光谱分辨能力,被广泛应用于诸多研究领域.在光谱测量过程中,仪器线型函数对吸收谱线的平滑作用,会对气体浓度的反演结果产生影响.为了获取激光外差光谱仪的仪器线型函数,基于激光外差原理和信号处理过程,对影响仪器线型函数的射频滤波带宽和积分时间等参数进行了分析,获得了仪器线型函数表达式.利用自行建立的激光外差光谱仪,多次测量了3.53μm波段内水汽、甲烷的吸收谱线,分别将射频滤波频域响应函数和本文获得的仪器线型函数耦合进水汽、甲烷柱浓度的反演.结果表明,射频滤波带宽为30 MHz、积分时间分别为10 ms和100 ms时,光谱仪的实际分辨率分别约为0.005 cm^(-1)和0.025 cm^(-1);使用仪器线型函数对积分时间为100 ms时测量的数据进行反演,透过率残差平方和与甲烷吸收峰值处的残差分别减小16%和100%,提高了气体浓度反演的准确度. 展开更多

关键词 激光外差 仪器线型函数 射频滤波 透过率光谱

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免标定波长调制吸收光谱技术用于乙炔探测的研究 被引量：8

15

作者 陈家金 王贵师 +2 位作者 刘锟 谈图 高晓明 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期362-367,共6页

利用近红外可调谐半导体激光器结合自主设计的柱面镜光学多通池,采用免标定波长调制吸收光谱技术实现了乙炔气体的痕量探测;实验中,使用中心波长为1.53μm的分布式反馈二极管激光器和有效光程为10.5m的柱面镜光学多通池,采用免标定波长... 利用近红外可调谐半导体激光器结合自主设计的柱面镜光学多通池,采用免标定波长调制吸收光谱技术实现了乙炔气体的痕量探测;实验中,使用中心波长为1.53μm的分布式反馈二极管激光器和有效光程为10.5m的柱面镜光学多通池,采用免标定波长调制吸收光谱技术对乙炔气体进行探测,并利用Allan方差对系统性能进行分析;对免标定波长调制吸收光谱技术与传统波长调制吸收光谱技术进行对比分析。结果表明:相比于传统的波长调制技术,免标定波长调制吸收光谱技术具有系统结构简单、灵敏度高以及浓度和光功率免标定等特点,可以提高系统的探测灵敏度和测量精度;使用免标定波长调制吸收光谱技术时,系统的测量误差小于5%,测量精度是传统波长调制技术的3.5倍,平均时间为1s时的系统探测灵敏度为0.127×10^(-6),平均时间为118s时的系统探测灵敏度可达0.031×10^(-6)。 展开更多

关键词 探测 可调谐激光 乙炔 免标定 波长调制吸收光谱技术

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基于石英音叉增强型光谱技术(QEPAS)的实时探测系统研究 被引量：6

16

作者 王贵师 易红明 +4 位作者 蔡廷栋 汪磊 谈图 张为俊 高晓明 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期140-147,共8页

利用石英音叉增强型光谱技术(QEPAS)结合基于Lab-VIEW设计的数字频率锁定技术建立了一套气体实时探测系统,该方案使用3f信号作为误差反馈信号,将激光器锁定在待测气体吸收峰的中心位置,保证了长时间测量的准确度并且提高了探测效率.实... 利用石英音叉增强型光谱技术(QEPAS)结合基于Lab-VIEW设计的数字频率锁定技术建立了一套气体实时探测系统,该方案使用3f信号作为误差反馈信号,将激光器锁定在待测气体吸收峰的中心位置,保证了长时间测量的准确度并且提高了探测效率.实验中采用中心波长位于1.396μm的DFB半导体激光器作为光源,选择常压下空气中的水汽作为研究对象,对系统性能进行了测试,并对影响影响系统探测灵敏度的主要因素进行了分析.实验结果表明,该系统可以将激光器稳定在±0.001 cm^(-1)范围内,对激光器长时间工作时的波长漂移起到了很好的抑制作用,系统的检测限约为1 ppm,该方案可以直接应用于工业气监测、痕量污染物实时测量等领域. 展开更多

关键词 石英音叉增强型吸收光谱(QEPAS) 波长调制 软件数字锁相 数字PID

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基于离轴腔增强吸收光谱双组分CH4/H2O高灵敏度探测研究 被引量：7

17

作者 田兴 曹渊 +5 位作者 王静静 陈家金 刘锟 谈图 王贵师 高晓明 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期3078-3083,共6页

H2O和CH4在气候变化过程中起着关键作用,实时在线测量H2O和CH4浓度一直都是国内外学者研究的热点问题之一。利用1.653μm可调谐半导体激光器作光源,结合反射率为99.9976%的两片高反射镜组成离轴腔增强吸收光谱装置,开展了H2O和CH4的高... H2O和CH4在气候变化过程中起着关键作用,实时在线测量H2O和CH4浓度一直都是国内外学者研究的热点问题之一。利用1.653μm可调谐半导体激光器作光源,结合反射率为99.9976%的两片高反射镜组成离轴腔增强吸收光谱装置,开展了H2O和CH4的高灵敏度测量研究。离轴腔增强系统的有效吸收光程通过吸收面积-浓度关系法来标定,吸收面积-浓度关系法的可行性首先通过已知光程的光学吸收池进行验证,确定有效后用于标定离轴腔增强系统的有效光程。结果表明,基长为21cm的离轴腔增强系统的有效吸收光程达到了8626.3m。当谐振腔内压力为5.06kPa时,利用7组不同浓度的CH4标准气体(0.2~1.4μmol·mol^-1)对系统进行了线性响应标定测试,得到了CH4吸收的积分面积与浓度拟合关系曲线。系统的稳定性、可实现的最小探测灵敏度等信息通过Allan方差进行分析,结果表明系统对探测CH4的最佳平均时间为100s,最小可探测浓度极限为7.5nmol·mol^-1;系统对探测H2O的最佳平均时间为200s,最小可探测浓度极限为55μmol·mol^-1。对提高系统测量精度的数据处理方法也进行了分析研究,结果表明相比于多次平均方法,Kalman滤波能显著的提高测量精度,而且缩短了系统的响应时间。最后,利用搭建的离轴腔增强实验系统结合Kalman滤波数据处理方法对实际大气中CH4和H2O浓度进行了连续两天的测量,CH4每天平均的浓度分别为2.1和2.08μmol·mol^-1,H2O每天平均的浓度分别为11515.6和11628.6μmol·mol^-1,由此可知建立的离轴腔增强吸收光谱装置能够用于大气CH4和H2O的测量,另外建立的系统也可用于相关工业领域的高灵敏度CH4和H2O监测。 展开更多

关键词 离轴腔增强吸收光谱 高灵敏度 最小可探测浓度极限 KALMAN滤波

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基于激光外差探测的大气N_(2)O吸收光谱测量与廓线反演 被引量：6

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作者 薛正跃 李竣 +3 位作者 刘笑海 王晶晶 高晓明 谈图 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第21期290-298,共9页

激光外差光谱探测由于其光谱分辨率高、体积小、重量轻等优点近年来得到了快速的发展,可用于大气温室气体垂直廓线测量和碳卫星地面定标等.本文报道了利用3.939μm带间级联激光器作为本振光源的测量大气N_(2)O的激光外差系统,自制高精... 激光外差光谱探测由于其光谱分辨率高、体积小、重量轻等优点近年来得到了快速的发展,可用于大气温室气体垂直廓线测量和碳卫星地面定标等.本文报道了利用3.939μm带间级联激光器作为本振光源的测量大气N_(2)O的激光外差系统,自制高精度太阳跟踪仪收集太阳光作为激光外差的信号光源,其跟踪精度达到7 arcsec,激光外差系统的光谱分辨率达到0.004 cm^(–1),测量了合肥地区(31.902°N,117.167°E)大气N_(2)O吸收光谱,得到2838.336和2539.344 cm^(–1)两个强吸收峰,并对吸收信号进行波长标定,得到了N_(2)O分子的整层大气透过率谱,信噪比为93.将高分辨率光谱数据进行归一化处理和频率校正,利用参考正向模型和最优估计算法得到N_(2)O大气整层浓度廓线,标准偏差体积分数为0.000031×10^(–6)—0.0026×10^(–6),对应相对误差范围为0.009%—0.83%.研究结果表明,所搭建的激光外差系统能够实现对大气中N_(2)O的吸收光谱测量以及对N2O的廓线反演,为长期观测大气N_(2)O浓度提供保证. 展开更多

关键词 激光外差 透过率光谱 氧化亚氮(N_(2)O) 反演计算

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灵敏的基于分布反馈式半导体激光波长调制光声光谱(英文) 被引量：3

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作者 李劲松 高晓明 +3 位作者 吴涛 谈图 方黎 张为俊 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期168-172,共5页

利用室温下单模运行的近红外半导体二极管激光,报导了波长调制共振光声光谱结合二次谐波探测技术.实验系统应用到乙炔探测,在1个标准大气压和3毫瓦平均光功率以及3毫秒锁相积分时间条件下其探测灵敏度可达10ppm(体积比),归一化到激光功... 利用室温下单模运行的近红外半导体二极管激光,报导了波长调制共振光声光谱结合二次谐波探测技术.实验系统应用到乙炔探测,在1个标准大气压和3毫瓦平均光功率以及3毫秒锁相积分时间条件下其探测灵敏度可达10ppm(体积比),归一化到激光功率和系统带宽最小可探测吸收为4.0×10-8Wcm-1/Hz,并且实验中发现系统最佳压力响应值在2.66×104Pa附近.本实验装置可有效的消除光声光谱系统中常见的窗片和光声腔壁吸收入射光而引起的背景噪声.此外,相对于其他方法我们描述的基于半导体激光共振光声光谱具有很大的优点,为进一步发展便利、实用、便携式环境监测仪器奠定了坚实的基础. 展开更多

关键词 光声光谱 波长调制 近红外二极管激光器 乙炔

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基于2.33μm可调谐激光的石英音叉增强型光声光谱测量CO研究 被引量：5

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作者 胡立兵 刘锟 +3 位作者 王贵师 汪磊 谈图 高晓明 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2015年第5期215-220,共6页

采用新型的2.33 mm近红外分布反馈式半导体激光器,开展了基于离轴石英音叉增强型光声光谱(QEPAS)探测一氧化碳气体的方法研究,并优化了系统的最佳调制频率、调制振幅。系统地研究了不同浓度下一氧化碳的信号,实验结果表明,离轴石英音叉... 采用新型的2.33 mm近红外分布反馈式半导体激光器,开展了基于离轴石英音叉增强型光声光谱(QEPAS)探测一氧化碳气体的方法研究,并优化了系统的最佳调制频率、调制振幅。系统地研究了不同浓度下一氧化碳的信号,实验结果表明,离轴石英音叉增强型光声光谱的信号与一氧化碳浓度具有很好的线性关系。锁相积分时间为1 s时,功率归一化的最小可探测等效噪声吸收系数为3×10-6cm-1W/Hz。 展开更多

关键词 光谱学 光声光谱 一氧化碳 谐振腔 石英音叉

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