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可调谐二极管激光吸收光谱技术的应用研究进展 被引量：59
1
作者 聂伟 阚瑞峰 +3 位作者 杨晨光 陈兵 许振宇 刘文清 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期3-23,共21页
随着半导体激光器的发展,可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术有了巨大的进步,应用领域迅速扩大。已经有超过1000种TDLAS仪器应用于连续排放监测以及工业过程控制等领域,每年全球出售的TDLAS气体检测仪器占据了红外气体传感检测仪器总... 随着半导体激光器的发展,可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术有了巨大的进步,应用领域迅速扩大。已经有超过1000种TDLAS仪器应用于连续排放监测以及工业过程控制等领域,每年全球出售的TDLAS气体检测仪器占据了红外气体传感检测仪器总数的5%~10%。运用TDLAS技术,已经完成了几十种气体分子的高选择性、高灵敏度的连续在线测量,实现了不同领域气体浓度、温度、流速、压力等参数的高精度探测,为各领域的发展提供了重要的技术保障。本文综述了TDLAS技术气体检测的原理以及最近的应用研究进展,主要从大气环境监测、工业过程监测、深海溶解气体探测、人体呼吸气体测量、流场诊断以及液态水测量六个应用领域进行介绍。 展开更多
关键词 可调谐二极管激光吸收光谱(tdlas) 大气环境监测 工业过程检测 呼吸气检测 流场诊断 深海溶解气体探测 液态水测量
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利用可调谐半导体激光吸收光谱法同时在线监测多组分气体浓度 被引量：56
2
作者 张志荣 夏滑 +2 位作者 董凤忠 庞涛 吴边 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期2771-2777,共7页
由于线宽窄,可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)一般情况下只能对一种气体进行检测。为了实现多气体同时或近同时在线检测,本文以1 578nm-H2S和1 747nm-HCl混合气体同时在线监测为例,研究了3种检测方法:(1)同频10kHz正弦波和两路同频3... 由于线宽窄,可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)一般情况下只能对一种气体进行检测。为了实现多气体同时或近同时在线检测,本文以1 578nm-H2S和1 747nm-HCl混合气体同时在线监测为例,研究了3种检测方法:(1)同频10kHz正弦波和两路同频30Hz不同步的分时锯齿信号法;(2)同频10kHz正弦和30Hz锯齿信号的光开关检测法;(3)多频(10kHz和20kHz正弦信号)正弦调制法。实验结果表明:分时锯齿信号法除幅值略有微小变化外,在使用前后对测试结果影响很小;光开关法在切换过程瞬间会略有不稳定,但不影响后期的浓度反演;多频正弦法的信噪比和抗干扰能力均有所提高,进行HCl探测和H2S探测时,信噪比在激光器关闭和打开情况下分别提高了0.95倍和3.17倍。以上3种方法操作简单,可以方便地实现多气体组分的同时在线监测,提高了TDLAS仪器的竞争力。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱(tdlas) 多组分气体 分时锯齿信号 光开关 多频正弦调制
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可调谐二极管吸收光谱痕量气体浓度算法的研究 被引量：39
3
作者 王晓梅 张玉钧 +5 位作者 刘文清 阚瑞锋 王铁栋 王敏 刘建国 董凤忠 《光学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期717-719,722,共4页
基于可调谐二极管激光吸收光谱学的大气痕量气体在线监测分析仪具有高灵敏、快速响应和高选择性的特点。分析了可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)二次谐波信号的特征,以高浓度谐波信号作为标准,采用线性最小二乘拟合的方法对谐波信号进... 基于可调谐二极管激光吸收光谱学的大气痕量气体在线监测分析仪具有高灵敏、快速响应和高选择性的特点。分析了可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)二次谐波信号的特征,以高浓度谐波信号作为标准,采用线性最小二乘拟合的方法对谐波信号进行数值拟合,高精度的反演出了痕量气体浓度值。并对标准信号和检测信号之间的相关系数和浓度反演规律进行了研究。以甲烷气体的测量信号和浓度反演为例,验证了算法。 展开更多
关键词 可调谐二极管激光吸收光谱(tdlas) 数字信号处理 最小二乘拟合
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激光吸收光谱技术在工业生产过程及安全预警标识性气体监测中的应用 被引量：30
4
作者 张志荣 孙鹏帅 +6 位作者 庞涛 李哲 夏滑 崔小娟 吴边 徐启铭 董凤忠 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1925-1937,共13页
鉴于常规的标识性气体监测方法在响应速度、测量精度、使用寿命、实时性、监测目标种类、测量范围和应用场合等方面相比激光吸收光谱技术存在不足,本文以可调谐半导体激光吸收光谱技术为依托,选取合适的无干扰激光吸收谱线,阐述了工业... 鉴于常规的标识性气体监测方法在响应速度、测量精度、使用寿命、实时性、监测目标种类、测量范围和应用场合等方面相比激光吸收光谱技术存在不足,本文以可调谐半导体激光吸收光谱技术为依托,选取合适的无干扰激光吸收谱线,阐述了工业管道抽取式、管道原位在线对射式、扩散探头式(全量程激光监测一体机形式与多点无源传感器探头形式)、无组织排放开放光路式等多种形式的监测方法。上述系统的测量结果显示:抽取式可实现CO、CO2、O2等不同多组分气体的同时测量;管道对射式实现了O2及10μL/L以下CO的高精度在线测量;探头式则以CH4测量为例实现了响应时间T90=15s,监测极限小于150μL/L,泄漏报警准确率达100%;开放光路形式以天然气集气站场测量CH4、C2H2、C2H4三种气体为例实现了0误报的监测能力。上述分析结果表明,TDLAS技术应用于工矿安全生产及安全预警方面的标识性气体监测是完全实用、有效、准确、可靠的。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱(tdlas) 工业生产过程 安全预警 标识性气体 直接吸收信号 谐波信号
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基于新型长光程多次反射池的CO高灵敏度检测 被引量：26
5
作者 夏滑 董凤忠(指导) +3 位作者 涂郭结 吴边 张志荣 王煜 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2596-2601,共6页
在吸收光谱检测技术中,常利用多次反射池技术增加吸收气体的光程长度,以提高灵敏度,降低检测极限。通过综合传统的多次反射Herriott池和White池的优点,利用White池的三镜光学结构和Herriott池的光路传输原理,设计出了一种新型的长光程... 在吸收光谱检测技术中,常利用多次反射池技术增加吸收气体的光程长度,以提高灵敏度,降低检测极限。通过综合传统的多次反射Herriott池和White池的优点,利用White池的三镜光学结构和Herriott池的光路传输原理,设计出了一种新型的长光程多次反射池,其结构简单、外形紧凑、光程可调、性能稳定并且小型化。将研制出的基长20cm、光程范围10～100m可调的新型多次反射池应用于可调谐二极管激光吸收光谱技术中进行一氧化碳气体的探测,结合数字信号处理技术可把现场检测的灵敏度提高到10-6量级。实验结果显示这种新型多次反射池在吸收光谱技术中应用良好,与传统同基长的反射池相比,气体检测灵敏度有了明显的提高。 展开更多
关键词 工程光学新型多次反射池 可调谐二极管激光吸收光谱 一氧化碳高灵敏气体监测 小波变换
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基于TDLAS技术的工业环境中HF气体在线监测 被引量：25
6
作者 张志荣 董凤忠 +6 位作者 吴边 田明丽 庞涛 涂郭结 夏滑 王煜 倪志波 《光电子．激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期1691-1694,共4页
采用1.330μm附近波长的近红外可调谐分布反馈(DFB)激光器作为光源,结合波长调制技术和长光程技术,实时监测工业环境中的HF气体浓度。同时采用Allan方差分析系统的稳定性,选择利用非线性最小二乘法和防脉冲滑动平均滤波等技术手段,长时... 采用1.330μm附近波长的近红外可调谐分布反馈(DFB)激光器作为光源,结合波长调制技术和长光程技术,实时监测工业环境中的HF气体浓度。同时采用Allan方差分析系统的稳定性,选择利用非线性最小二乘法和防脉冲滑动平均滤波等技术手段,长时间测试结果表明,该系统具有实时、连续和非接触快速检测的特点,并且具有大范围、分布式监测的能力,可以满足工业环境中HF气体无组织排放安全检测的需求。 展开更多
关键词 可调谐激光吸收光谱(tdlas) 在线监测 ALLAN方差 数字滤波 HF气体
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调谐半导体激光吸收光谱自平衡检测方法研究 被引量：22
7
作者 陈玖英 刘建国 +5 位作者 张玉钧 刘文清 阚瑞峰 王敏 陈东 崔益本 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期350-353,共4页
可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)是利用半导体激光器的波长调谐特性,扫描待测气体特征吸收线,从而获得待测气体的浓度信息。基于可调谐半导体激光吸收光谱的自平衡检测方法能够有效地消除激光器光强波动等共模噪声和其他同性干扰... 可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)是利用半导体激光器的波长调谐特性,扫描待测气体特征吸收线,从而获得待测气体的浓度信息。基于可调谐半导体激光吸收光谱的自平衡检测方法能够有效地消除激光器光强波动等共模噪声和其他同性干扰的影响。实验表明自平衡检测方法可以获得较理想的结果,检测限低于体积比1.2×10-6,与直接吸收光谱法相比降低了一个数量级。自平衡检测电路简单,自带的电子增益补偿机制能够自动进行平衡探测,该方法不用加信号调制和锁相放大器,直接探测待测气体的吸收光谱,从而降低成本,减小系统装置体积,易于集成为便携式痕量气体检测仪。 展开更多
关键词 光谱学 可调谐半导体激光吸收光谱技术 自平衡检测
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基于数字信号处理器的激光光谱瓦斯监测系统 被引量：24
8
作者 王仁宝 冯红艳 《光电子．激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期38-41,共4页
利用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术,选择不受干扰的1653.72nm波长处的吸收线监测煤矿瓦斯浓度,并结合了高性能的数字信号处理器(DSP)和二次谐波检测技术,进一步降低了检测限,使检测限低于0.074mg/m3,实现了对瓦斯浓度高稳定性和... 利用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术,选择不受干扰的1653.72nm波长处的吸收线监测煤矿瓦斯浓度,并结合了高性能的数字信号处理器(DSP)和二次谐波检测技术,进一步降低了检测限,使检测限低于0.074mg/m3,实现了对瓦斯浓度高稳定性和高灵敏度的实时测量。 展开更多
关键词 可调谐二极管激光吸收光谱(tdlas) 数字信号处理器(DSP) 二次谐波检测 瓦斯
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TDLAS技术在烯烃生产过程中的多组分检测应用 被引量：24
9
作者 季文海 吕晓翠 +1 位作者 胡文泽 李国林 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1837-1845,共9页
烯烃工业生产过程中的多组分在线检测是对其工业过程有效控制、提高处理装置综合效益的重要手段。本文以在线检测烯烃裂解炉的清焦过程生成的一氧化碳和二氧化碳为应用案例,采用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)作为分析平台进行多... 烯烃工业生产过程中的多组分在线检测是对其工业过程有效控制、提高处理装置综合效益的重要手段。本文以在线检测烯烃裂解炉的清焦过程生成的一氧化碳和二氧化碳为应用案例,采用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)作为分析平台进行多组分分析。针对清焦过程,设计了检测0~5%量程CO和CO_2的模拟实验。对气体含量随机分布的19组数据分别采用多变量最小二乘算法(CLS)、单组分偏最小二乘算法(PLS1)和多组分偏最小二乘算法(PLS2)进行建模和评估。在后续的多组分交叉干扰实验和CO_2的扩展量程准确性测试实验中,PLS1模型的最大误差小于±0.05%,PLS2的小于±0.10%,CLS的小于±0.20%。因此,TDLAS技术结合PLS1算法在实现化工过程中的多组分在线检测时具有先进性。 展开更多
关键词 烯烃生产 裂解炉清焦 调制吸收光谱技术 多组分分析 多元回归分析 偏最小二乘法
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开放光程TDLAS系统对北京城区NH_3浓度的连续检测 被引量：19
10
作者 陈东 刘文清 +4 位作者 张玉钧 刘建国 王晓梅 阚瑞峰 王敏 《光学技术》 CAS CSCD 北大核心 2007年第2期311-314,共4页
氨气是大气酸性成分的主要中和剂,是影响区域空气质量、大气能见度以及酸性沉降的重要因素。研制了基于开放光程近红外可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)技术的大气NH3浓度连续监测系统,并... 氨气是大气酸性成分的主要中和剂,是影响区域空气质量、大气能见度以及酸性沉降的重要因素。研制了基于开放光程近红外可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)技术的大气NH3浓度连续监测系统,并对北京城区大气NH3浓度进行了两个星期的连续检测。检测结果表明,北京城区大气具有较高的NH3浓度,且具有明显的日变化周期特征,基本特点是白天浓度低,夜晚浓度高且变化相对平缓。相关性研究表明,非农业排放源,特别是城市交通的机动车尾气排放是北京城区大气NH3的主要来源。 展开更多
关键词 激光技术 可调谐半导体激光吸收光谱(tdlas) 氨气
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基于TDLAS的气体温度测量 被引量：19
11
作者 王健 黄伟 +3 位作者 顾海涛 李鹰 刘立鹏 高秀敏 《光电子．激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第10期1233-1237,共5页
介绍了基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）的气体温度测量原理，选择了1对O2吸收谱线13163．78cm，和13164．18cm，理论计算了此谱线对线强比值R与温度的关系，在搭建的高温实验装置上实现了O2温度和浓度的同时测量，并分析了压力... 介绍了基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）的气体温度测量原理，选择了1对O2吸收谱线13163．78cm，和13164．18cm，理论计算了此谱线对线强比值R与温度的关系，在搭建的高温实验装置上实现了O2温度和浓度的同时测量，并分析了压力对温度测量的影响。实验结果表明：在823～1323K内，温度测量的线性误差为0．65％。最大波动为±15K，压力变化对温度测量的影响可忽略不计。 展开更多
关键词 可调谐二极管激光吸收光谱(tdlas) 调制吸收光谱技术 温度测量 浓度测量
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近红外波段CO高灵敏检测的稳定性研究 被引量：21
12
作者 夏滑 吴边 +3 位作者 张志荣 庞涛 董凤忠 王煜 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第21期185-191,共7页
本文采用中心波长1566.64 nm的DFB激光器,结合光程长度为56.7 m的多次反射池,对不同浓度的CO气体进行了长时间测量,分析了系统的稳定性和线性度.通过计算Allan方差,预测了在积分时间为30 s时,系统检测极限为0.25 ppmv,基本上实现了在近... 本文采用中心波长1566.64 nm的DFB激光器,结合光程长度为56.7 m的多次反射池,对不同浓度的CO气体进行了长时间测量,分析了系统的稳定性和线性度.通过计算Allan方差,预测了在积分时间为30 s时,系统检测极限为0.25 ppmv,基本上实现了在近红外波段CO的高灵敏检测. 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱 多次反射池 CO检测 ALLAN方差
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TDLAS测量CO_2的温度影响修正方法研究 被引量：19
13
作者 李峥辉 姚顺春 +4 位作者 卢伟业 朱晓睿 邹丽昌 李越胜 卢志民 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期2048-2053,共6页
可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术测量CO_2浓度时,由于测量氛围温度变化的影响引起气体吸收谱线的线强和线型发生变化,最终导致浓度测量存在较大误差。为了克服温度变化对浓度测量的影响,选用中心波长在1 580nm的DFB激光器,基于直... 可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术测量CO_2浓度时,由于测量氛围温度变化的影响引起气体吸收谱线的线强和线型发生变化,最终导致浓度测量存在较大误差。为了克服温度变化对浓度测量的影响,选用中心波长在1 580nm的DFB激光器,基于直接吸收法,模拟电厂尾部烟道内的高浓度二氧化碳气体环境,研究了在常温(298K)和变温(298~338K、间隔10K)不同温度工况下CO_2浓度的测量。结果显示,常温浓度测量的最大相对误差为-5.26%,最小相对误差为1.25%,相对误差均方值为3.39%,验证了TDLAS测量系统在常温下有着良好的测量精度和稳定性,但其在变温测量时浓度测量结果误差较大,其最大相对误差已经超过25%。为了修正温度变化对浓度测量结果的影响,适应工业测量的需要,在变温测量基础上利用最小二乘法拟合出测量系统在不同温度下的浓度与气体吸收的修正关系式。经过修正后,CO_2浓度测量的相对误差降到5%以下,相对误差均方值降到3.5%以下。修正结果表明,所提出的修正方法可以有效抑制温度变化对浓度测量结果的影响,显著提高了测量系统在变温环境下的测量精度和稳定性,为TDLAS系统测量CO_2浓度的现场应用提供了理论支持和技术保障。 展开更多
关键词 可调谐二极管激光吸收光谱(tdlas) CO2浓度 温度修正 最小二乘法 直接吸收法
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可调谐激光吸收光谱学检测甲烷浓度的新方案研究 被引量：19
14
作者 曹家年 张可可 王琢 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期2597-2602,共6页
基于可调谐二极管激光吸收光谱的光纤气体传感器检测气体浓度,具有灵敏度高、选择性好、响应时间快等优点。目前报导的基于二次谐波的气体浓度检测系统,普遍采用一次、二次谐波幅值之比作为系统输出,消除光强波动的影响。研究中分析了... 基于可调谐二极管激光吸收光谱的光纤气体传感器检测气体浓度,具有灵敏度高、选择性好、响应时间快等优点。目前报导的基于二次谐波的气体浓度检测系统,普遍采用一次、二次谐波幅值之比作为系统输出,消除光强波动的影响。研究中分析了二次谐波检测方案的特点与不足,提出利用一次谐波检测甲烷的浓度,以一次谐波峰峰值与平均值的比值作为系统输出,系统结构简单,并可抑制光源波长漂移和扫描步长等因素对系统检测精度的影响。实验结果表明甲烷的浓度与系统输出值之间具有很好的线性关系,其线性拟合系数为0.999,系统的分辨率和检测精度分别为20×10-6和100×10-6。 展开更多
关键词 光纤气体传感器 可调谐二极管激光吸收光谱 波长漂移 扫描步长
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可调谐二极管激光吸收光谱技术测量低温流场水汽露点温度 被引量：18
15
作者 聂伟 许振宇 +5 位作者 阚瑞峰 阮俊 姚路 王斌 张步强 何亚柏 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1862-1869,共8页
露点温度是表征气体状态的一个重要参数,针对低温环境的低露点温度精确、快速、连续、原位测量的迫切需要,提出了可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术对水汽露点温度测量的方案。首先与安徽省气象局的冷镜式露点仪一起对比测量标准温... 露点温度是表征气体状态的一个重要参数,针对低温环境的低露点温度精确、快速、连续、原位测量的迫切需要,提出了可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术对水汽露点温度测量的方案。首先与安徽省气象局的冷镜式露点仪一起对比测量标准温湿度箱内的露点温度,验证波长为1 381nm的TDLAS系统露点温度测量的可行性及精度,然后结合一套开放式的测量装置,进行低温度环境(最低温度100K)水汽露点温度原位测量。得到了实时的露点温度值,其中TDLAS露点测量结果与冷镜式露点仪测量结果一致性较好(相差小于1K),TDLAS测量的时间分辨率为0.83s,远远快于冷镜式露点仪的时间响应速度。对于更低气体温度的露点测量,获得了与气体温度变化趋势相同的露点温度,同时得到了随着环境温度降低,水汽逐渐趋向饱和的结论。 展开更多
关键词 可调谐二极管激光吸收光谱技术 露点温度 饱和蒸汽压 水汽
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种子呼吸CO2浓度检测系统 被引量：17
16
作者 贾良权 祁亨年 +2 位作者 胡文军 赵光武 阚瑞峰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1397-1404,共8页
针对传统种子呼吸CO2浓度检测方法中检测精度低的问题,为了满足测量需要,提出一种采用可调谐二极管激光器吸收光谱技术的种子呼吸测量系统方案。该系统是由多次反射池结构的种子呼吸容器、分布反馈式激光器及其控制电路、光电转换及放... 针对传统种子呼吸CO2浓度检测方法中检测精度低的问题,为了满足测量需要,提出一种采用可调谐二极管激光器吸收光谱技术的种子呼吸测量系统方案。该系统是由多次反射池结构的种子呼吸容器、分布反馈式激光器及其控制电路、光电转换及放大电路、数据采集电路、上位机软件等构成,设计种子呼吸容器其空间体积为1.5L,激光器光源采用2004nm波段,多次反射池光程为16m。然后,基于朗伯比尔定律,通过波长调制吸收光谱技术,利用二次谐波实时反演出种子呼吸过程中产生CO2气体的浓度。测试结果显示:种子呼吸CO2浓度测量的稳定重复性为0.033%,CO2浓度的线性拟合度为0.99938,CO2浓度检测极限为1.7ppm。通过实验对糯玉米种子进行检测,获得20g玉米种子呼吸的变化曲线,其12h内变化量为2750.5ppm,呼吸速率为229.2ppm/h,实验结果表明该系统能解决种子呼吸CO2浓度无法连续性测量、浓度检测精度低等问题。 展开更多
关键词 二氧化碳 可调谐二极管激光器吸收光谱技术 多次反射池 种子呼吸
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数字滤波方法在TDLAS气体检测中的应用 被引量：16
17
作者 张帅 刘文清 +6 位作者 张玉钧 束小文 阚瑞峰 何莹 耿辉 许振宇 刘建国 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1362-1367,共6页
可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)是一种具有高灵敏度、高分辨率和快速响应等特点的气体测量技术,已广泛用于大气痕量气体的测量以及工业有毒有害废气诊断和天然气泄漏检测。分布反馈式(DFB)激光器具有窄线宽和可调谐特性,并且能够精确... 可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)是一种具有高灵敏度、高分辨率和快速响应等特点的气体测量技术,已广泛用于大气痕量气体的测量以及工业有毒有害废气诊断和天然气泄漏检测。分布反馈式(DFB)激光器具有窄线宽和可调谐特性,并且能够精确让输出波长扫描单根气体吸收线,使得TDLAS技术能实现高灵敏气体浓度检测。介绍了在线式波长调制二次谐波(WMS-SH)气体检测技术,讨论了基于最小二乘法气体浓度反演算法,通过修正式加权滑动平均滤波对浓度信号进行了数字滤波处理,系统实现了不大于1 s的系统响应时间,提高了信噪比和系统的检测灵敏度,并在天然气处理厂实时硫化氢检测中得到了应用。 展开更多
关键词 信号处理 可调谐半导体激光吸收光谱 最小二乘法 修正式加权滑动滤波
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TDLAS气体检测系统仿真与影响因素分析 被引量：14
18
作者 王国水 郭奥 +5 位作者 刘晓楠 丰雷 常鹏浩 张李明 刘龙 杨晓涛 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期3262-3268,共7页
船舶运输作为大宗货物的重要流通手段,为我国经济社会发展做出了巨大贡献,但与此同时船用柴油机带来了严重的污染排放问题。在全球排放限制日益严峻的背景下,实现对其排放参数的实时监测,对环境保护、节能减排、优化柴油机控制策略与燃... 船舶运输作为大宗货物的重要流通手段,为我国经济社会发展做出了巨大贡献,但与此同时船用柴油机带来了严重的污染排放问题。在全球排放限制日益严峻的背景下,实现对其排放参数的实时监测,对环境保护、节能减排、优化柴油机控制策略与燃烧性能等都具有重要意义。近年来可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术因其精度高、响应快等优点逐渐受到青睐,该技术的广泛应用对其的研究提出了更高要求,因此利用数学软件对其进行仿真模拟,对测试系统的开发、参数调整都具有一定价值。结合目前的船舶排放检测问题,以其中最具代表性的污染物NO为目标气体,利用软件制作了气体浓度测量仿真模型。检测系统仿真模型主要由光源调制、线型函数拟合、模拟气体吸收、线强函数S(T)拟合、锁相放大器等各部分组成。采用波长调制的方法对浓度测量过程进行仿真,将高频正弦波和低频锯齿波相叠加用以调谐激光,激光经过气室进行模拟吸收后,信号经过锁相放大器调解得到各阶谐波信号。将二次谐波比一次谐波的峰值点作为信号,采用最小二乘法进行浓度-信号幅值曲线拟合并以此进行浓度反演和误差计算,反演误差在2.5%以内。分析了温度、压力等环境因素对信号幅值的影响并绘制了谐波图线,通过引入参考气室来消除环境波动对结果造成的影响,在环境变动时不需要重新拟合浓度-峰值曲线,可直接得到结果。尝试了不同的正弦波频率和调制系数等参数,分析了调制参数对信号幅值的影响,选取了较为合适的参数范围。为柴油机在线排放测试系统的构建和参数选择提供了一定参考。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱(tdlas) 谐波检测 NO浓度测定 仿真建模
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可调谐半导体激光吸收光谱技术的调制参量影响及优化选择 被引量：14
19
作者 张志荣 孙鹏帅 +5 位作者 夏滑 庞涛 吴边 崔小娟 王煜 董凤忠 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期35-44,共10页
为获得较好的谐波信号,完成不同测量目的,以DFB-760.77nm波长处氧气监测为例,通过改变扫描锯齿信号和调制正弦信号的频率和幅值,讨论了调制参量对二次谐波信号峰-峰值、对称性、谐波信号展宽和信号完整性等判别依据的影响和变化.结果表... 为获得较好的谐波信号,完成不同测量目的,以DFB-760.77nm波长处氧气监测为例,通过改变扫描锯齿信号和调制正弦信号的频率和幅值,讨论了调制参量对二次谐波信号峰-峰值、对称性、谐波信号展宽和信号完整性等判别依据的影响和变化.结果表明:Sinmulink模拟值和实验值相关性较高,当正弦调制信号和锯齿扫描信号频率比值为1 000倍时,可以获得较好的二次谐波信号.该研究为实验系统中调制参量的选取和调制度及系统准确度、稳定性、重复性等性能的优化提供了一定帮助. 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱技术 调制参量 扫描锯齿波信号 调制正弦波信号 谐波信号
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基于菲涅耳透镜开放光路天然气泄漏检测系统设计研究 被引量：13
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作者 夏慧 刘文清 +7 位作者 张玉钧 阚瑞峰 崔益本 王敏 何莹 崔小娟 阮俊 耿辉 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期844-847,共4页
天然气泄漏直接导致能源浪费和环境污染,造成重大经济损失。以可调谐半导体激光吸收光谱技术为基础的光学检测方法具有精度高、选择性强、响应速度快以及远距离遥测等优点,使其成为天然气站场以及天然气输运管道在线监测的理想方法。可... 天然气泄漏直接导致能源浪费和环境污染,造成重大经济损失。以可调谐半导体激光吸收光谱技术为基础的光学检测方法具有精度高、选择性强、响应速度快以及远距离遥测等优点,使其成为天然气站场以及天然气输运管道在线监测的理想方法。可调谐半导体激光吸收光谱与谐波探测相结合,设计了一套开放式长光程的用于天然气泄漏监测的实验系统。它以中心波长为1.65μm的分布式反馈InGaAS激光器为光源,利用实心角反射器,在发射端以菲涅耳透镜为光学接收系统,把反射回来的光聚焦到InGaAs探测器。同时,在测量过程中,考虑到光强变化对浓度的影响,并通过归一化光强的方法进行消除,使光强波动引起的误差小于1%。在320 m的光程下模拟管道泄漏实验,系统的检测灵敏度为0.1(10-6体积比),根据光学系统收光效率以及探测器的可探测性能进行分析的最小光强,计算得到该系统可探测的光程可达2 000 m,证明完全满足天然气泄漏检测的需求。 展开更多
关键词 菲涅耳透镜 可调谐半导体激光吸收光谱 天然气 泄漏检测
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