留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

对数变换-波长调制光谱在气体检测中的应用

丛梦龙 孙丹丹 王一丁

丛梦龙, 孙丹丹, 王一丁. 对数变换-波长调制光谱在气体检测中的应用[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(2): 223001-0223001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0223001
引用本文: 丛梦龙, 孙丹丹, 王一丁. 对数变换-波长调制光谱在气体检测中的应用[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(2): 223001-0223001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0223001
Cong Menglong, Sun Dandan, Wang Yiding. Application of logarithmic transformed-wavelength modulation spectroscopy in gas detection[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(2): 223001-0223001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0223001
Citation: Cong Menglong, Sun Dandan, Wang Yiding. Application of logarithmic transformed-wavelength modulation spectroscopy in gas detection[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(2): 223001-0223001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0223001

对数变换-波长调制光谱在气体检测中的应用

doi: 10.3788/IRLA201746.0223001
基金项目: 

科技部支撑计划(2013BAK06B04)

详细信息
    作者简介:

    丛梦龙(1983-),男,讲师,博士,主要从事红外光谱吸收及激光器应用方面的研究。Email:congml@163.com

  • 中图分类号: TN247;O433

Application of logarithmic transformed-wavelength modulation spectroscopy in gas detection

  • 摘要: 为了提高痕量气体检测的稳定性并扩大动态范围,引入对数变换方法和差分检测电路,对常规波长调制光谱技术进行了改良。在使用锁相放大器提取与气体吸收相关的谐波信号之前,由自制的接收器完成对数变换和差分检测功能。通过对数变换,使激光强度调制与气体吸收引起的光功率衰减量实现了分离,再利用差分检测消除前者。受益于此双管齐下的策略,理论上可以捕捉吸收光谱的任意阶谐波分量,并且免受剩余幅度调制和谐波畸变的影响。为了验证理论,对NH3的P(6)吸收谱线的二次谐波进行了采集。在296 K的环境温度、1.01105 Pa的总压力和24.5 cm的有效光程下,假设信噪比降低为1时推导得到的理论检测下限为0.7 ppm(1 ppm=10-6)。以上结果表明该方案是痕量气体检测应用的一种理想选择。
  • [1] Bayrakli I. External cavity diode laser-based off-axis cavity enhanced absorption spectroscopy in the spectral range between 1000 nm and 1620 nm for trace gas measurements[J]. Journal of Near Infrared Spectroscopy, 2015, 23(4):237-243.
    [2] Spearrin R M, Goldenstein C S, Schultz I A, et al. Simultaneous sensing of temperature, CO, and CO2 in a scramjet combustor using quantum cascade laser absorption spectroscopy[J]. Applied Physics B, 2014, 117(2):689-698.
    [3] Casale M, Simonetti R. Review:near infrared spectroscopy for analysing olive oils[J]. Journal of Near Infrared Spectroscopy, 2014, 22(2):59-80.
    [4] Felizardo P, Baptista P, Uva M S, et al. Monitoring biodiesel fuel quality by near infrared spectroscopy[J]. Journal of Near Infrared Spectroscopy, 2007, 15(2):97.
    [5] Li L, Cao F, Wang Y, et al. Design and characteristics of quantum cascade laser-based CO detection system[J]. Sensors and Actuators B:Chemical, 2009, 142(1):33-38.
    [6] Lavin S R, Sullivan K E, Wooley S C, et al. Near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) analyses of nutrient composition and condensed tannin concentrations in carolina willow(Salix caroliniana)[J]. Zoo Biology, 2015, 34(6):576-582.
    [7] Wight J P, Allen F L, Ashworth A J, et al. Comparison of near infrared reflectance spectroscopy with combustion and chemical methods for soil carbon measurements in agricultural soils[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2016, 47(6):1-12.
    [8] Fu Li, Dang Jingmin, Miao Chunzhuang, et al. Development of driver for room-temperature continuous mid-infrared quantum cascade laser[J]. Acta Photonica Sinica, 2015, 44(12):1213001. (in Chinese)付丽, 党敬民, 苗春壮, 等. 室温连续中红外量子级联激光器驱动电源的研制[J]. 光子学报, 2015, 44(12):1213001.
    [9] Li Tao, Zhu Lianqing, Liu Feng, et al. Research on adjustable narrow pulse driver of laser diode with LDMOS[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(1):83-87. (in Chinese)李涛, 祝连庆, 刘锋, 等. 基于LDMOS的可调窄脉冲半导体激光器驱动源研究[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(1):83-87.
    [10] Liu Jianguo, Liu Wenqing, Zhang Yujun, et al. Detection of formaldehyde using mid-infrared difference-frequency based tunable absorption spectrometer at room temperature[J]. Infrared and Laser Engineering, 2006, 35(S2):211-215. (in Chinese)刘建国, 刘文清, 张玉钧, 等. 差频中红外激光光谱技术探测大气甲醛污染研究[J]. 红外与激光工程, 2006, 35(S2):211-215.
    [11] Iseki T, Tai H, Kimura K. A portable remote methane sensor using a tunable diode laser[J]. Measurement Science and Technology, 2000, 11(6):594.
    [12] Yong K S, Haldar M K, Webb J F. Theory of reduction of residual amplitude modulation in mid-infrared wavelength modulation spectroscopy by injection locking of quantum cascade lasers[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2015, 21(6):115-124.
    [13] Pakmanesh N, Cristescu S M, Ghorbanzadeh A, et al. Quantum cascade laser-based sensors for the detection of exhaled carbon monoxide[J]. Applied Physics B, 2016, 122(1):1-9.
    [14] Supplee J M, Whittaker E A, Lenth W. Theoretical description of frequency modulation and wavelength modulation spectroscopy[J]. Applied Optics, 1994, 33(27):6294-6302.
  • [1] 王添, 吴卫, 张紫芸馨.  利用近红外吸收光谱特性实现酒精浓度的非接触式测量系统的设计 . 红外与激光工程, 2023, 52(12): 20230510-1-20230510-7. doi: 10.3788/IRLA20230510
    [2] 李恒宽, 朴亨, 王鹏, 姜炎坤, 李峥, 陈晨, 曲娜, 白晖峰, 王彪, 李美萱.  基于近红外吸收光谱技术的高精度CO2检测系统的研制 . 红外与激光工程, 2023, 52(3): 20210828-1-20210828-7. doi: 10.3788/IRLA20210828
    [3] 赵晓虎, 孙鹏帅, 张志荣, 王前进, 庞涛, 孙苗, 庄飞宇.  基于跨波长调制和直接吸收光谱的宽量程多气体检测方法 . 红外与激光工程, 2023, 52(1): 20220284-1-20220284-10. doi: 10.3788/IRLA20220284
    [4] 吕嘉明.  利伐沙班的定量检测:拉曼光谱法与远红外吸收光谱法 . 红外与激光工程, 2021, 50(2): 20210038-1-20210038-5. doi: 10.3788/IRLA20210038
    [5] 赵庆川.  基于NDIR技术的超低功耗甲烷检测系统研究 . 红外与激光工程, 2020, 41(): 1-7. doi: 10.3788/IRLA20200140
    [6] 周佩丽, 谭文, 彭志敏.  基于波长调制技术的吸收谱线线型函数测量 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0113002-0113002(7). doi: 10.3788/IRLA202049.0113002
    [7] 胡海帆, 赵自然, 马旭明, 姜寿禄.  GaAs肖特基二极管的250 GHz二次谐波混频器研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 722001-0722001(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0722001
    [8] 邵欣.  利用波长调制光谱的燃烧场温度原位测量 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 717001-0717001(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0717001
    [9] 訾慧, 薛正群, 王凌华, 林中晞, 苏辉.  1 550 nm宽光谱超辐射发光二极管的研制 . 红外与激光工程, 2018, 47(4): 420001-0420001(5). doi: 10.3788/IRLA201847.0420001
    [10] 卢伟业, 朱晓睿, 李越胜, 姚顺春, 卢志民, 曲艺, 饶雨舟, 李峥辉.  TDLAS直接吸收法和波长调制法在线测量CO2的比较 . 红外与激光工程, 2018, 47(7): 717002-0717002(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0717002
    [11] 朱旭波, 李墨, 陈刚, 张利学, 曹先存, 吕衍秋.  InAlSb红外光电二极管性能研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(7): 704002-0704002(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0704002
    [12] 李留成, 多丽萍, 王元虎, 唐书凯, 于海军, 马艳华, 张治国, 金玉奇, 宫德宇.  用于化学激光器的腔增强吸收光谱测量 . 红外与激光工程, 2017, 46(2): 239003-0239003(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0239003
    [13] 周玉蛟, 任侃, 钱惟贤, 王飞.  基于光电二极管反偏的光电检测电路的噪声分析 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 117003-0117003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0117003
    [14] 赵国芬, 赵毅强, 赵公元, 张志恒, 郭肇敏.  二极管型非制冷红外探测器的前端电路设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 104001-0104001(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0104001
    [15] 周鹏威, 卢田, 张益溢, 李宁钏, 李廷安.  功率和谐波同步检测的马赫曾德调制器偏压控制技术 . 红外与激光工程, 2016, 45(12): 1220002-1220002(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1220002
    [16] 郭杰, 张小雷, 段剑金, 郝瑞亭, 许林.  InAs/GaSb 超晶格中波红外二极管的IV 特性研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2116-2119.
    [17] 左娅妮, 李政勇, 杨峥, 刘未华, 陈长权, 吴家盛.  基于硅雪崩光电二极管的双光子吸收实验 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 3928-3931.
    [18] 宋俊玲, 洪延姬, 王广宇, 潘虎.  基于激光吸收光谱技术的超声速气流参数测量 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3510-3515.
    [19] 潘虎, 王广宇, 宋俊玲, 于小红.  免标定波长调制光谱在气体温度和浓度测量中的应用 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 956-960.
    [20] 祖秋艳, 王玮冰, 黄卓磊, 何鑫, 陈大鹏.  二极管非制冷红外探测器及其读出电路设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1680-1684.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  594
  • HTML全文浏览量:  143
  • PDF下载量:  128
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-08
  • 修回日期:  2016-07-10
  • 刊出日期:  2017-02-25

对数变换-波长调制光谱在气体检测中的应用

doi: 10.3788/IRLA201746.0223001
    作者简介:

    丛梦龙(1983-),男,讲师,博士,主要从事红外光谱吸收及激光器应用方面的研究。Email:congml@163.com

基金项目:

科技部支撑计划(2013BAK06B04)

  • 中图分类号: TN247;O433

摘要: 为了提高痕量气体检测的稳定性并扩大动态范围,引入对数变换方法和差分检测电路,对常规波长调制光谱技术进行了改良。在使用锁相放大器提取与气体吸收相关的谐波信号之前,由自制的接收器完成对数变换和差分检测功能。通过对数变换,使激光强度调制与气体吸收引起的光功率衰减量实现了分离,再利用差分检测消除前者。受益于此双管齐下的策略,理论上可以捕捉吸收光谱的任意阶谐波分量,并且免受剩余幅度调制和谐波畸变的影响。为了验证理论,对NH3的P(6)吸收谱线的二次谐波进行了采集。在296 K的环境温度、1.01105 Pa的总压力和24.5 cm的有效光程下,假设信噪比降低为1时推导得到的理论检测下限为0.7 ppm(1 ppm=10-6)。以上结果表明该方案是痕量气体检测应用的一种理想选择。

English Abstract

参考文献 (14)

目录

    /

    返回文章
    返回