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天然气井甲烷逸散激光遥测光学收发传输特性研究
1
作者 贾亚君 王明吉 +4 位作者 吕妍 王迪 李玉爽 惠丽丽 周围 《化工自动化及仪表》 CAS 2023年第6期769-777,共9页
为提升天然气井非合作目标条件下逸散甲烷激光遥测系统回波信号的接收效率,通过蒙特卡洛光线追迹分析非合作目标下甲烷遥测系统光学收发模块的光路传输特性,开展光学收发模块不同F数菲涅尔透镜聚光性能分析、激光收发光机结构(共轴、离... 为提升天然气井非合作目标条件下逸散甲烷激光遥测系统回波信号的接收效率,通过蒙特卡洛光线追迹分析非合作目标下甲烷遥测系统光学收发模块的光路传输特性,开展光学收发模块不同F数菲涅尔透镜聚光性能分析、激光收发光机结构(共轴、离轴)回波信号接收性能分析以及非合作目标下不同孔径菲涅尔透镜回波信号接收性能分析。研制基于波长调制浓度反演算法的甲烷逸散激光遥感测试装置,由浓度反演标定实验数据拟合得到2f/1f信号幅值与CH_(4)浓度间的线性关系(R^(2)=0.99244)。测试结果表明:甲烷激光遥测系统最小检测限(MDL)为3.81 ppm·m、平均时间456.2 s,证实系统具有较优性能与便捷性。 展开更多
关键词 波长调制浓度反演算法 甲烷遥测 天然气逸散 可调谐半导体吸收光谱 光路传输 激光 离轴结构
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TDLAS技术气体检测二次谐波信号的仿真与分析 被引量：11
2
作者 王琳琳 贾明 《激光杂志》 北大核心 2020年第3期25-28,共4页
可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术结合半导体激光器可调谐的特点及气体分子对特定波长能量光的吸收特性,凭借灵敏度高、响应时间短等优势广泛应用于气体浓度检测。TDLAS技术气体浓度检测包括波长调制、气体吸收、二次谐波解调等环节... 可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术结合半导体激光器可调谐的特点及气体分子对特定波长能量光的吸收特性,凭借灵敏度高、响应时间短等优势广泛应用于气体浓度检测。TDLAS技术气体浓度检测包括波长调制、气体吸收、二次谐波解调等环节,吸收信号的二次谐波分量携带气体浓度信息,用于计算气体浓度。利用MATLAB对气体检测过程进行了信号仿真,并利用数字锁相放大算法提取了二次谐波信号,验证了二次谐波与气体浓度的关系。通过仿真分析了二次谐波信号随调制系数的变化关系,以便确定较佳的调制参数,为后续系统搭建与气体检测实验提供参考。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS) 谐波检测 锁相放大 调制系数
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基于免标定波长调制光谱技术的气体温度和组分浓度测量 被引量：9
3
作者 屈东胜 洪延姬 +1 位作者 王广宇 潘虎 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期330-335,共6页
利用基于可调谐半导体激光器的免标定波长调制光谱技术,通过迭代求解实现了温度和组分浓度的测量。通过测量7185.60cm-1和7454.45cm-1两条H2O吸收谱线的激光调制参数,得到了实验和仿真所需的参数。采用频分复用技术,对温度分布在600K^10... 利用基于可调谐半导体激光器的免标定波长调制光谱技术,通过迭代求解实现了温度和组分浓度的测量。通过测量7185.60cm-1和7454.45cm-1两条H2O吸收谱线的激光调制参数,得到了实验和仿真所需的参数。采用频分复用技术,对温度分布在600K^1000K范围内的气体温度场进行了温度和组分浓度的测量验证。结果表明,基于免标定波长调制光谱技术测得的气体温度和组分浓度与预测值基本符合,与热电偶测得的温度和直接吸收光谱方法测得的组分浓度的最大相对偏差分别在4%和5%以内。 展开更多
关键词 光谱学 可调谐半导体激光吸收光谱 波长调制光谱 温度测量 组分浓度测量 频分复用
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基于全光路激光探头的甲烷气体检测方法研究
4
作者 孙长伟 刘亚辉 +1 位作者 刘旭 王艳春 《应用激光》 CSCD 北大核心 2024年第6期133-143,共11页
针对矿井瓦斯(甲烷)气体浓度连续、安全、原位准确的监测需求,设计一种全光路激光甲烷传感探头。甲烷探头的体积仅为φ4 cm×8 cm(圆柱体),外部为不锈钢外壳。为确保测量过程的安全性,探头内部由全光学元件组成,而无相关电学结构,... 针对矿井瓦斯(甲烷)气体浓度连续、安全、原位准确的监测需求,设计一种全光路激光甲烷传感探头。甲烷探头的体积仅为φ4 cm×8 cm(圆柱体),外部为不锈钢外壳。为确保测量过程的安全性,探头内部由全光学元件组成,而无相关电学结构,利用三面反射镜构成光路系统,探头的吸收路径约为20 cm,所设计的甲烷探头具有灵敏度高、鲁棒性强以及安全性高的优点。为验证甲烷探头的性能,在实验室搭建一套基于激光探头的甲烷浓度探测系统,使用中心波长为1653.7 nm的分布式反馈半导体(distributed feedback laser,DFB)作为光源,结合波长调制光谱(wavelength modulation spectroscopy,WMS)和直接吸收光谱(direct absorption spectroscopy,DAS)的技术,实现甲烷气体的高灵敏度探测。实验结果表明,常温常压下在低浓度(0~1%)测量误差小于±5.0×10^(-4),高浓度测量误差小于真值的±5%;该传感器的探测极限(1σ标准)为68 ppm且响应时间约为10 s;在较长时间内,不同距离(1 km、2 km、5 km)测量的甲烷气体浓度基本一致。上述实验验证了设计的甲烷传感探头可对甲烷气体进行准确探测,能够应用于矿井瓦斯气体的原位监测。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱技术 光学气体吸收池 矿井瓦斯 全光路探头
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基于TDLAS的气体检测技术对比与分析
5
作者 柳山虎 吴勇 +3 位作者 梁立振 谢亚红 韦江龙 胡纯栋 《计量与测试技术》 2024年第4期35-39,共5页
根据可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术测量气体浓度的基本原理,对三种主要测量方法,即直接吸收光谱技术(DAS)、波长调制技术(WMS)、频率调制光谱技术(FMS)进行详细分析,并根据TDLAS技术的应用情况,分别将系统组成、技术要点、检测... 根据可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术测量气体浓度的基本原理,对三种主要测量方法,即直接吸收光谱技术(DAS)、波长调制技术(WMS)、频率调制光谱技术(FMS)进行详细分析,并根据TDLAS技术的应用情况,分别将系统组成、技术要点、检测极限、系统成本和适用环境进行对比分析。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱 气体检测 检测限
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基于小波阈值函数降噪的实时煤矿氧气检测数据误差处理
6
作者 张华乾 于庆 《煤矿机电》 2023年第6期28-32,37,共6页
基于可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术的氧气检测系统能够精准检测煤矿井下环境的氧气体积分数,然而应用该系统检测氧气体积分数时往往会受到散粒噪声、热噪声、高斯白噪声等噪声信号... 基于可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术的氧气检测系统能够精准检测煤矿井下环境的氧气体积分数,然而应用该系统检测氧气体积分数时往往会受到散粒噪声、热噪声、高斯白噪声等噪声信号的影响,导致氧气体积分数检测误差较大。为了降低噪声对氧气体积分数检测数据的影响,首先,应用多项式平滑算法对氧气体积分数检测曲线进行高低频分析。其次,提出了基于小波阈值函数降噪的煤矿氧气检测数据误差处理方法,对比了Daubechies小波和Symlets小波的降噪效果,根据信噪比和均方根误差选出最佳降噪小波基函数。最后,通过计算氧气体积分数检测曲线的标准差和最大波幅对比降噪前后氧气体积分数检测的稳定性。试验结果表明:sym6小波基函数与二次谐波信号相关程度最大,应用该小波对二次谐波信号进行降噪,信噪比提升了16.785 dB,降噪前后20%氧气体积分数检测曲线最大幅值降低了0.04%,标准差降低了0.0295,显著提升了氧气体积分数检测稳定性。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱 小波阈值函数降噪 高低频分析 氧气检测精度
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吸收线型函数对TDLAS甲烷浓度测量系统影响研究 被引量：2
7
作者 王蒋旭 李党娟 +2 位作者 吴斌 吴慎将 秦灿珂 《西安工业大学学报》 CAS 2022年第4期380-386,共7页
为解决可调谐半导体激光器吸收光谱法(TDLAS)甲烷气体浓度测量系统中吸收线型函数选取的问题,采用TDLAS直接吸收法进行MATLAB仿真建模,分别对使用高斯线型函数、洛伦兹线型函数和福格特线型函数的检测系统进行仿真分析比较。仿真结果表... 为解决可调谐半导体激光器吸收光谱法(TDLAS)甲烷气体浓度测量系统中吸收线型函数选取的问题,采用TDLAS直接吸收法进行MATLAB仿真建模,分别对使用高斯线型函数、洛伦兹线型函数和福格特线型函数的检测系统进行仿真分析比较。仿真结果表明:在相同浓度下,采用洛伦兹线型函数比采用高斯线型函数和福格特线型函数的系统气体吸收率分别提高10.77%和10.32%。该仿真过程和结果可为TDLAS技术在甲烷浓度测量方面研究提供参考。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱 直接吸收 甲烷浓度测量 吸收线型函数
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基于TDLAS的火力发电厂锅炉燃烧CO浓度检测系统设计与应用 被引量：2
8
作者 陈永彬 《自动化与仪器仪表》 2022年第11期184-188,共5页
为提升火力发电厂锅炉燃烧效率,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术和长调制光谱检测技术,设计锅炉炉膛燃烧CO在线检测系统,同时对系统误差进行了计算分析。结果表明:通过锁相放大器对探测到的激光信号进行调解,可以减小噪声对检测精度... 为提升火力发电厂锅炉燃烧效率,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术和长调制光谱检测技术,设计锅炉炉膛燃烧CO在线检测系统,同时对系统误差进行了计算分析。结果表明:通过锁相放大器对探测到的激光信号进行调解,可以减小噪声对检测精度的影响;造成检测系统误差的主要因素包括初始激光强度、吸收光程、温度、二次谐波峰值、压强和调制电流幅度等6项,且误差分配结果依次为0.1 mW、4 mm、1 K、2 mV、0.05 atm和0.02 mA;通过蒙特卡洛方法对误差分配结果进行验证,结果显示系统极限误差仅为0.023%,满足检测精度要求;基于误差分析和分配结果,搭建实验平台,对10组浓度为2.5%的CO气体进行了检测,结果表明:CO浓度检测绝对误差为-0.01%~0.01%,均远小于0.025%的误差要求,表明本系统具备较高的检测精度。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱技术 长调制光谱技术 CO检测系统 误差 精度
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