首页 > 论文 > 光学学报 > 33卷 > 2期(pp:0230003--1)

激光吸收光谱技术中扫描频率的选择

Scanning Frequency Optimization of Laser Absorption Spectroscopy

  • 摘要
  • 论文信息
  • 参考文献
  • 被引情况
  • PDF全文
分享:

摘要

基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的传感器系统性能受激光器特性、探测器特性、调制参数、激光器控制电路和信号采集电路等的影响。激光器和探测器特性与当前的生产制造水平密切相关,对于直接吸收法,调制参数主要指扫描幅度和扫描频率,而扫描幅度的确定以得到完整吸收信号为准。对扫描频率的选择和优化进行了详细的讨论。在一定的理论基础上通过实验分别观察各扫描频率对直接吸收信号的影响,通过分析检测信号的特征, 如幅值、半峰全宽、调整的判定系数、信噪比、积分吸光度及偏差等得出其变化规律,总结出扫描频率的选择依据。该研究为TDLAS直接吸收法中扫描频率的确定提供了实验依据。

Abstract

The system performance of tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) is affected by the characteristics of laser, the characteristics of detector, the modulation parameters, control circuit of laser and acquisition circuit of signal, etc. The characteristics of laser and detector are determined by the level of present production-manufacturing. For direct absorptive method, the modulation parameters contain scanning amplitude and scanning frequency. Scanning amplitude is adjusted to obtain complete absorption signal. The optimization and selection of scanning frequency are discussed in detail. Aiming at this problem, the influence of scanning frequency on direct absorption signals is observed by experiment based on a certain theory in the present paper, and the basis and method of scanning frequency optimization are summarized by analyzing the signal characteristics including amplitude, peak width, adjusted coefficient determination, signal-to-noise ratio and integrated absorbance, etc. The result of the experiment provides a definite basis for the selection of scanning frequency in TDLAS direct absorptive method.

广告组1 - 空间光调制器+DMD
补充资料

中图分类号:O436

DOI:10.3788/aos201333.0230003

所属栏目:光谱学

责任编辑:李文喆  信息反馈

基金项目:国家973计(2010CB234607)、国家自然科学基金(61108034)和中国科学院先导专项(XDA05040102)资助课题)

收稿日期:2012-08-31

修改稿日期:2012-09-29

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

陈玖英:中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
刘建国:中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
何亚柏:中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
许振宇:中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
李晗:中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
姚路:中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
袁松:中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
阮俊:中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
何俊峰:中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
阚瑞峰:中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031

联系人作者:陈玖英(jychen@aiofm.ac.cn)

备注:陈玖英(1982—),女,博士研究生,主要从事燃烧过程重要组分的激光光谱测量和温度修正等方面的研究。

【1】Wang Guishi, Cai Tingdong, Wang Lei et al.. Application of digital frequency locking techniques in real-time measurement of methane in atmosphere[J]. Chinese J. Lasers, 2011, 38(10): 1008002
王贵师, 蔡廷栋, 汪磊 等. 基于数字频率锁定技术实时探测实际大气中甲烷浓度[J]. 中国激光, 2011, 38(10): 1008002

【2】Tang Yuanyuan, Liu Wenqing, Kan Ruifeng et al.. Rapid and sensitive measurements of motor vehicle exhausts using quantum cascade lasers[J]. Chinese J. Lasers, 2011, 38(12): 1215003
汤媛媛, 刘文清, 阚瑞峰 等. 基于量子级联激光器高灵敏快速检测机动车尾气排放气体浓度[J]. 中国激光, 2011, 38(12): 1215003

【3】Chen Dong, Liu Wenqing, Zhang Yujun et al.. Tunable diode laser spectroscopy system for fire gases sensing[J]. Chinese J. Lasers, 2006, 33(11): 1552~1556
陈东, 刘文清, 张玉钧 等. 可调谐半导体激光光谱火灾气体探测系统[J]. 中国激光, 2006, 33(11): 1552~1556

【4】He Ying, Zhang Yujun, Zhu Anning et al.. Open-path ammonia high sensitivity on-line monitoring in farmland based on laser techniques[J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(s1): s100407
何莹, 张玉钧, 朱安宁 等. 开放式农田氨气的高灵敏激光在线监测[J]. 光学学报, 2011, 31(s1): s100407

【5】Zhang Zhirong, Dong Fengzhong, Wang Yu et al.. On-line monitoring of industrial toxic gases with a digital-control module[J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(s1): s100304
张志荣, 董凤忠, 王煜 等. 基于数字控制模块的工业有毒气体在线监测仪[J]. 光学学报, 2011, 31(s1): s100304

【6】Yang Bin, He Guoqiang, Liu Peijin et al.. TDLAS-based measurements of parameters for incoming flow hot-firing test of air-breathing rocket engine[J]. Chinese J. Lasers, 2011, 38(5): 0508006
杨斌, 何国强, 刘佩进 等. 利用TDLAS技术开展吸气式发动机来流热试实验参数测量[J]. 中国激光, 2011, 38(5): 0508006

【7】M. G. Allen. Diode laser absorption sensors for gas-dynamic and combustion flows[J]. Meas. Sci. Technol., 1998, 9(4): 545~562

【8】J. A. Silver, D. J. Kane, P. S. Greenberg. Quantitative species measurements in microgravity flames with near-IR diode lasers[J]. Appl. Opt., 1995, 34(15): 2787~2801

【9】H. Teichert, T. Fernholz, V. Ebert. Simultaneous in situ measurement of CO, H2O and gas temperatures in a full-sized coal-fired power plant by near-infrared diode lasers[J]. Appl. Opt., 2003, 42(15): 2043~2051

【10】L. C. Philippe, R. K. Hanson. Laser-diode wavelength modulation spectroscopy for simultaneous measurement of temperature, pressure, and velocity in shock-heated oxygen flows[J]. Appl. Opt., 1993, 32(30): 6090~6103

【11】D. Richter, D. G. Lancaster, F. K. Tittle. Development of an automated diode laser based multicomponent gas sensor[J]. Appl. Opt., 2000, 39(24): 4444~4450

【12】Xu Zhenyu, Liu Wenqing, Kan Ruifeng et al.. Study on the arithmetic of absorbance inversion based on tunable diode-laser absorption spectroscopy[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2010, 30(8): 2201~2204
许振宇, 刘文清, 阚瑞峰 等. 可调谐半导体激光吸收光谱中的吸光度反演算法研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2010, 30(8): 2201~2204

引用该论文

Chen Jiuying,Liu Jianguo,He Yabai,Xu Zhenyu,Li Han,Yao Lu,Yuan Song,Ruan Jun,He Junfeng,Kan Ruifeng. Scanning Frequency Optimization of Laser Absorption Spectroscopy[J]. Acta Optica Sinica, 2013, 33(2): 0230003

陈玖英,刘建国,何亚柏,许振宇,李晗,姚路,袁松,阮俊,何俊峰,阚瑞峰. 激光吸收光谱技术中扫描频率的选择[J]. 光学学报, 2013, 33(2): 0230003

被引情况

【1】何莹,张玉钧,王立明,尤坤,孙晓敏,刘振民. 大尺度区域CO2和H2O的激光在线检测技术. 中国激光, 2014, 41(1): 115003--1

【2】何俊峰,阚瑞峰,许振宇,段连飞,王小中. 可调谐二极管激光吸收光谱氧气测量中的导数光谱处理与浓度反演算法研究. 光学学报, 2014, 34(4): 430003--1

【3】阙义钦,王红岩,杨子宁,华卫红,许晓军. 100 GHz光谱扫描测量碱金属蒸气激光器增益介质浓度. 中国激光, 2014, 41(5): 515001--1

【4】姚路,刘文清,刘建国,阚瑞峰,许振宇,阮俊,戴云海. 基于TDLAS的长光程环境大气痕量CO监测方法研究. 中国激光, 2015, 42(2): 215003--1

【5】何俊峰,胡军,阚瑞峰,许振宇,王涛. TDLAS氧气测量系统中激光器调谐性能测试与优化. 光谱学与光谱分析, 2015, 35(3): 577-581

【6】崔小娟,董凤忠,张志荣,庞涛,夏滑,吴边,孙鹏帅. 基于二次谐波调制技术提高HONO测灵敏度的方法研究. 光学学报, 2015, 35(6): 630006--1

【7】莫小宝,向柳,黄志,胡雪蛟. 基于激光吸收光谱法的自由水面蒸发研究. 中国激光, 2015, 42(10): 1015003--1

【8】尚侯飞,杜振辉,高 楠,李金义,肖艳军,孟召宗,张宗华. 基于谱线频率特征的调谐二极管激光吸收光谱参数分析. 光谱学与光谱分析, 2019, 39(11): 3359-3364

您的浏览器不支持PDF插件,请使用最新的(Chrome/Fire Fox等)浏览器.或者您还可以点击此处下载该论文PDF