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基于TDLAS的气体检测技术算法

贾军伟 李伟 柴昊 张书锋 张明志 崔鸿飞 刘敬敏 刘展

贾军伟, 李伟, 柴昊, 张书锋, 张明志, 崔鸿飞, 刘敬敏, 刘展. 基于TDLAS的气体检测技术算法[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(5): 517007-0517007(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0517007
引用本文: 贾军伟, 李伟, 柴昊, 张书锋, 张明志, 崔鸿飞, 刘敬敏, 刘展. 基于TDLAS的气体检测技术算法[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(5): 517007-0517007(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0517007
Jia Junwei, Li Wei, Chai Hao, Zhang Shufeng, Zhang Mingzhi, Cui Hongfei, Liu Jingmin, Liu Zhan. Gas detection technology algorithm based on TDLAS[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(5): 517007-0517007(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0517007
Citation: Jia Junwei, Li Wei, Chai Hao, Zhang Shufeng, Zhang Mingzhi, Cui Hongfei, Liu Jingmin, Liu Zhan. Gas detection technology algorithm based on TDLAS[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(5): 517007-0517007(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0517007

基于TDLAS的气体检测技术算法

doi: 10.3788/IRLA201948.0517007
基金项目: 

国家自然科学基金(11502004)

详细信息
    作者简介:

    贾军伟(1983-),男,高级工程师,硕士,主要从事力学、热学和气体检测方面的研究。Email:jiajunwei@cast514.com

  • 中图分类号: TN247

Gas detection technology algorithm based on TDLAS

  • 摘要: 可调谐二极管激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术是一种具有高灵敏度、高分辨率的气体吸收光谱检测技术,具有响应快、精度高、单模特性优秀、通用性强等优势。TDLAS直接吸收法通过测量绝对吸收强度来计算待测气体温度和浓度,但容易受到颗粒物浓度、激光强度波动等影响。TDLAS波长调制法采用高频正弦信号对激光器进行调制,使得激光输出频率和强度同时受到调制,具有高信噪比和灵敏度的特点,但是需要通过标定实验或复杂的算法来确定气体参数。因此,通过吸收光谱理论和波长调制理论,推导出蕴含分子吸收信息的谐波通项表达式,并在此基础上分析谐波信号与待测气体绝对吸收强度之间的关系,建立了一种基于谐波信号的绝对吸收强度测量算法。以NH3分子在1 531 nm附近的谱线为例进行数值分析,发现调制幅度达到a=0.032 cm-1(调制系数m=2)时,仿真结果与理论计算结果(a=0)相对误差不超过2%,进一步验证了算法的可靠性与准确性。
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-12-10
  • 修回日期:  2019-01-15
  • 刊出日期:  2019-05-25

基于TDLAS的气体检测技术算法

doi: 10.3788/IRLA201948.0517007
    作者简介:

    贾军伟(1983-),男,高级工程师,硕士,主要从事力学、热学和气体检测方面的研究。Email:jiajunwei@cast514.com

基金项目:

国家自然科学基金(11502004)

  • 中图分类号: TN247

摘要: 可调谐二极管激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术是一种具有高灵敏度、高分辨率的气体吸收光谱检测技术,具有响应快、精度高、单模特性优秀、通用性强等优势。TDLAS直接吸收法通过测量绝对吸收强度来计算待测气体温度和浓度,但容易受到颗粒物浓度、激光强度波动等影响。TDLAS波长调制法采用高频正弦信号对激光器进行调制,使得激光输出频率和强度同时受到调制,具有高信噪比和灵敏度的特点,但是需要通过标定实验或复杂的算法来确定气体参数。因此,通过吸收光谱理论和波长调制理论,推导出蕴含分子吸收信息的谐波通项表达式,并在此基础上分析谐波信号与待测气体绝对吸收强度之间的关系,建立了一种基于谐波信号的绝对吸收强度测量算法。以NH3分子在1 531 nm附近的谱线为例进行数值分析,发现调制幅度达到a=0.032 cm-1(调制系数m=2)时,仿真结果与理论计算结果(a=0)相对误差不超过2%,进一步验证了算法的可靠性与准确性。

English Abstract

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