1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
针对使用掺铥光纤激光器的气体传感系统进行混合气体测量时，吸收谱线重叠较为严重且相互交叉吸收干扰的现象造成的测量误差大、分析精度低的问题，提出一种基于自适应变异粒子群优化的支持向量机（SVM）方法，用于建立混合气体体积分数定量分析预测模型。对体积分数为0.5%~2%的氨气（NH3）和2%~5%的二氧化碳（CO2）混合气体的吸收光谱数据进行采集和处理，利用自适应变异粒子群优化（AMPSO）算法对SVM模型参数进行寻优，利用获得的最优模型参数构建氨气和二氧化碳气体体积分数定量分析模型，并与标准粒子群优化算法和网格搜索法进行对比。实验结果表明，基于自适应粒子群优化算法建立的氨气和二氧化碳气体体积分数定量分析模型在较为合适的寻优时间下，可以得到最佳的均方误差，效率较高，该模型对测试集中氨气和二氧化碳气体体积分数设定值与预测值的均方误差分别为0.000088和0.000170，决定系数R2均为0.9998，满足混合气体检测要求。
光通信 掺铥光纤激光器 自适应变异粒子群优化 混合气体 支持向量机 光学学报
2023, 43(12): 1206001
1 哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150080
探究了在毛细管内充入气压比为8∶1的Ar-He混合气体条件下,初始气压对46.9 nm激光输出特性的影响。通过测量Ar-He混合气体产生46.9 nm激光的气压范围和每个气压下对应的激光强度与光斑形态信息,总结出激光输出特性与初始气压的关系。然后,从等离子体柱的角度分析了混合气体初始气压对激光光斑的影响,得到了混合气体初始气压导致46.9 nm激光输出特性发生变化的原因。以上对激光特性的研究对于提高激光幅值和改变光斑形状有益。
光学学报
2022, 42(11): 1134022
1 中国科学院大连化学物理研究所化学激光重点实验室, 辽宁 大连 116023
2 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
3 中国科学院大学, 北京 100049
532 nm激光泵浦H2,CH4和CO2三种拉曼活性气体混合物时产生的拉曼激光覆盖较宽的可见光波段,可以作为多光谱激光的照明光。分别讨论了单种气体中的受激拉曼散射和四波混频过程,比较了各阶拉曼分量随压力和泵浦能量的变化。发现在低压条件下,当高能量激光泵浦时,每种气体的各阶斯托克斯分量(尤其是一阶斯托克斯光)的转换效率基本保持稳定。在混合拉曼活性气体的实验中,通过控制不同气体之间的压力比,实现了13条光谱线的同时输出,其中574,630,683,771 nm激光在200 mJ以上的高能量区域具有非常接近的转换效率(6.5%~8%)。
激光光学 多光谱激光 受激拉曼散射 混合气体 四波混频 中国激光
2021, 48(21): 2101006
1 北京科技大学 机械工程学院, 北京 100083
2 清华大学 机械工程系 精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室, 北京 100084
在聚酰亚胺材料上加工用于喷墨打印头的喷孔时, 广泛采用激光打孔后填充亲水聚合物使喷孔内壁具有一定的亲水性, 从而有利于提升打印头的工作频率。为了简化喷孔的制备工艺, 本文提出一种使用氧气与氩气混合等离子体处理的方法, 在引入亲水基团的同时增大表面粗糙度, 克服通常等离子体处理中聚酰亚胺表面亲水性随着时间增加而逐渐丧失的局限, 以期能够长时间维持亲水性。实验结果表明, 经过长时间放置后, 聚酰亚胺表面能够维持一定的亲水性, 表面的接触角能够保持在50°~60°。最后, 通过仿真分析验证了亲水性提升对于喷墨打印中墨滴填充的有利影响, 墨滴填充时间由140 μs缩短至70 μs。
喷墨打印 混合气体 等离子体 聚酰亚胺 微喷孔 亲水性 inkjet printing mixed gas plasma polyimide micro nozzle hydrophilic
中国石油大学(北京)油气光学探测技术北京市重点实验室, 北京 102249
太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)是近十多年发展起来的一种新的远红外光谱技术, 在气体研究方面有了一定进展, 尤其是对极性气体, 而对非极性气体研究较少。 本文以干馏气、 天然气以及各种沼气的主要成分CH4, C2H6和C3H8气体(非极性气体)为研究对象, 首先对CH4, C2H6和C3H8三种纯气进行测量, 利用THz-TDS技术得到其太赫兹频域谱和相位谱, 然后将其以不同比例、 不同种类混合成二元气体, 进一步研究混合气体的频域谱和相位谱。 实验结果表明CH4, C2H6对太赫兹波的吸收很小而C3H8对太赫兹波有一定的吸收, 这与C3H8极性增强的物理特性相符合。 为了实现对烷烃混合气体的压强和各成分浓度的定量分析, 本文利用BP人工神经网络法对上述二元混合体系的太赫兹频域谱进行分析, 对训练集和预测集分别计算了混合气体的压强和各成分浓度的预测值与实际值的相关系数, 训练集和预测集的相关系数取值分别为0994～0999和0981～0993。 研究表明, 利用太赫兹时域光谱技术结合BP人工神经网络数学方法可以实现对烷烃混合气体的压强和各成分浓度的定量分析, 使THz-TDS技术在气体领域研究范围更加广阔。
光谱学与光谱分析
2017, 37(7): 2010
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
为了检测、分析混合气体, 根据混合气体中不同气体成分在喇曼频谱中各自的吸收谱峰, 采用激光谐振腔增强光谱法原理和喇曼散射光谱技术, 利用有源激光谐振腔和雪崩光电二极管, 设计了针对于混合气体成分进行在线分析的实验系统。结果表明, 对混合气体进行实时在线检测, 可以有效检测出包含体积分数分别为0.502, 0.498的N2和O2的混合气体。该系统操作便捷、安全可靠, 可以实现混合气体的成分分析。
测量与计量 喇曼光谱 在线分析系统 喇曼散射光谱技术 混合气体 measurement and metrology Raman spectra online analysis system spectrum technology of Raman scattering mixed gas
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
2 西北核技术研究所, 西安 710024
氩气中一般含有大量亚稳态原子, 在强外电场作用下容易产生自由电子, 能够促进放电通道快速形成。采用场畸变型气体开关, 在直流电压下设计了实验平台来探究气体开关中采用SF6-Ar或N2-Ar混合气体后放电时延及抖动的变化情况。改变多种气体状态进行一系列实验, 并得出场畸变气体火花开关中SF6-Ar及N2-Ar的击穿特性, 根据工程需要对气体种类及混合比例进行最优化设计。实验表明SF6-Ar中Ar质量分数达到20%及以上时, 开关放电时延及抖动明显减小。
气体火花开关 混合气体 放电时延 抖动 氩气 spark gap gas mixtures breakdown delay jitter argon 强激光与粒子束
2016, 28(12): 125001
1 中北大学电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
2 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原 030051
3 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051
为了解决混合气体多组分间特征吸收峰相互重叠引起的特征选择困难问题，提出了新型红外光谱特征选择方法，并对该方法的性能进行了分析与评价。首先，充分结合思维进化计算的并行机制、异化操作与蝙蝠算法的局部搜索能力，设计了思维进化蝙蝠算法。接着，通过实验采集两个混合气体数据库，利用思维进化蝙蝠算法对其目标组分的特征峰进行筛选。然后，从算法的收敛速度和筛选出的特征峰两个方面，将思维进化蝙蝠算法与基本蝙蝠算法、遗传算法、粒子群优化算法及并行萤火虫群优化算法等进行比较。最后，讨论了思维进化蝙蝠算法与无信息变量消除法相结合对结果的影响。实验结果表明：CO的特征峰范围包括2 090~2 110 cm-1和2 115~2 125 cm-1，共包含32个波长点；N2O的特征峰范围为2 225~2 250 cm-1，共包含26个波长点。利用筛选出的特征波长点建立的浓度反演模型，测试集均方根误差为0.155，决定系数可达0.908。实验结果表明：思维进化蝙蝠算法收敛速度快、全局搜索能力强，适用于存在重叠特征峰的混合气体的特征选择，对应的浓度反演模型的泛化性能也有显著提升。
特征选择 思维进化计算 蝙蝠算法 混合气体 红外光谱 feature selection mind evolutionary computation bat algorithm mixed gases infrared spectrum
