1 东北石油大学 土木建筑工程学院，黑龙江 大庆 163318
2 东北石油大学 电子科学学院，黑龙江 大庆 163318
3 中国石油四川石化有限责任公司，四川 成都 611930
基于激光吸收光谱技术的气体检测手段具有非接触，分辨率高，灵敏度高等优势，然而激光在线检测气体过程易受温度变化导致其浓度测量偏差增大。以氨气为研究对象，探究了温度对氨气吸收谱线线强的影响规律及影响机制，搭建了非常温条件（298 K至323 K）氨气激光检测实验平台，提出了气体吸光度-温度关联式法对浓度反演结果进行修正处理。结果表明：浓度一定时，总配分函数比值rQ是氨气分析吸收线强随温度升高过程中的主导控制因素，总配分函数比值与温度的负相关关系造成氨气光谱吸光度随温度升高而降低；修正前浓度反演值随着温度升高而降低，温度达到323 K时，浓度反演值为3.13%，与标准浓度值相比其误差高达37.4%，经过修正后的浓度反演值与标准浓度值的相对误差在0.2%～1.4%范围内。
激光检测 吸收光谱 线强 温度 修正 laser detection absorption spectrum line strength temperature correction
1 中国科学院光电研究院 中国科学院定量遥感信息技术重点实验室,北京 100094
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031
CO2和CO被称为燃烧效率指示性气体, 燃烧流场中CO2的精确测量对工业燃烧过程的节能减排和发动机燃烧状态诊断等都具有重要意义.研究CO2气体的高温光谱参数, 包括：线强、自加宽系数、温度系数, 可提高燃烧过程中CO2浓度的测量精度和可靠性.为了获得可用于燃烧诊断的CO2吸收线的高温光谱参数, 基于可调谐半导体激光吸收光谱技术设计了一套最高温度可达2073 K的精确控温控压气体光谱参数测量系统.采用该系统开展了CO2 R(50e)吸收线(中心频率为5007.787 cm-1)的高温光谱测量实验, 获得了温度范围1212~1873 K内多个压强下的纯CO2气体的大量高温吸收光谱, 经热辐射背景扣除、基线拟合、时频转换、多线组合非线性最小二乘法拟合等数据处理过程, 得到温度范围1212~1873 K内CO2 R(50e)吸收线的线强、自加宽系数及温度系数, 其中线强不确定度＜1.5%, 自加宽系数不确定度小于4.5%.这些参数是对现有数据库的补充和完善, 对燃烧诊断中的CO2浓度检测有很大帮助, 能够满足燃烧过程中CO2浓度精确反演的需求.
可调谐半导体激光吸收光谱 高温光谱 线强 自加宽系数 温度系数 tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS high-temperature spectrum intensity self-broadening full-width temperature-dependence exponent
1 安徽建筑大学 机械与电气工程学院，安徽 合肥 230601
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
近年来近红外激光吸收光谱检测技术得以飞速发展，其中对吸收线的光谱解析是光谱检测的重要研究内容之一.文章建立了气体激光吸收光谱测量实验平台，重点研究了混叠吸收线光谱检测算法，以6528.8 cm-1附近氨气吸收线为例，开展了特征光谱解析实验与算法研究.结果表明，结合小波降噪方法后，信号均方根误差降低4.45倍，利用多线Voigt线型拟合算法实现混叠吸收线特征光谱解析，线型拟合残差优于±2%.实验获得了氨气在室温不同压力下的特征吸收光谱，并计算得到各条吸收线的线强参数结果.测量线强与Hitran数据库的相对偏差在5.67~8.2%之间，线强计算的不确定度约为4.6%.有效的混叠吸收线光谱解析算法可实现气体线强参数的准确测量，有益于提高氨气浓度反演的准确性.
激光吸收光谱 光谱解析 小波降噪 线型拟合 线强 laser absorption spectroscopy spectrum analysis wavelet denoising line profile fitting line strength
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
作为重要的大气污染物，CO 气体浓度的变化是衡量大气污染状况的重要指标。针对大气污染组分CO 高灵敏红外光谱测量需要，研究了高分辨红外光谱特性参数精确测定方法，采用室温工作、窄线宽分布反馈式(DFB)半导体激光器作为检测光源，精确测量了CO 气体在1.56 μm 附近的高分辨吸收光谱，利用Voigt 线形模型对吸收谱线进行拟合，获取了CO 分子各吸收线的中心波长、谱线强度、压力自加宽系数等参量，并与理论结果进行了比较。
激光光学 近红外光谱 线宽 线强 激光与光电子学进展
2015, 52(11): 113004
山东大学控制科学与工程学院, 山东 济南250061
基于超窄线宽激光特性和激光器波长扫描技术, 通过对一氧化碳气体近红外吸收光谱的测量及分析, 设计了一氧化碳气体多参数实时在线检测系统。 系统采用超窄线宽可调谐半导体激光器作为光源, 利用气体直接吸收光谱测温法, 实现了一氧化碳气体温度实时检测。 根据所测温度值并结合气体浓度差分检测原理, 实现了一氧化碳气体温度和浓度同时测量。 利用超窄线宽激光器波长扫描技术还测得了不同温度下一氧化碳分子在6 354.179和6 383.09 cm-1附近的吸收谱线并进行了Voigt拟合和分析。 实验结果表明, 系统温度测量最大相对误差小于4%, 长时间稳定性实验, 温度最大相对波动小于3.5%; 系统浓度测量最大相对误差小于5%, 最小检测限为0.05%。 该气体多参数检测系统精确度高、 稳定性好, 可用于电力变压器故障气体状态实时在线监测。
一氧化碳吸收光谱 超窄线宽激光 多参数测量 波长扫描技术 吸收线强 Carbon monoxide absorption spectrum Ultra-narrow-linewidth laser Wavelength scanning technology Absorption line strength Multi-parameter detecting 光谱学与光谱分析
2011, 31(10): 2829
中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学实验室, 大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥230031
采用连续可调谐二极管半导体激光器为探测光源, 以可调怀特型长光程多通池(46.36～1 158.90 m)作为吸收池, 采用直接吸收的方法, 探测了室温下1.65 μm附近CH4分子的高分辨率吸收光谱。 在6 043.00～6 053.72 cm-1范围内探测了５组不同压力和光程下的吸收光谱, 观测到了259条线新的CH4分子吸收谱线, 实验数据用Gaussian线型进行拟合, 得到了这些吸收谱线的线强、 线位置以及线强的标准偏差值, 并对光谱中难以分辨的吸收谱线进行了分析。 探测得到的最小谱线线强是4.3×10－27 cm-1·(molcule·cm-2)-1, 吸收谱线线强大于3.0×10-24 cm-1·(mol·cm-2)-1由于吸收饱和而未被处理, 同时所测得的光谱也显示出CH4分子在1.65 μm附近有非常丰富的弱吸收谱线和复杂的结构。 文中所报道的吸收谱线都是HITRAN2004数据库中所未报道的, 而且也未见有其他文献报道过。
吸收光谱 线强 高分辨率 CH4 Methane Absorption spectrum Line intensities High resolution 光谱学与光谱分析
2010, 30(5): 1161
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
利用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)对环境空气中的甲烷进行了测量.选择不受干扰的1.65μm处的吸收线对甲烷进行浓度监测.在2005年秋季对北京城区的甲烷气体以1min的时间分辨率进行了近1个月的连续监测.甲烷的浓度在19:00左右开始上升,在凌晨01:00左右开始下降,具有明显的周期性.浓度最低值出现在白天,而最大值出现在夜里,给出了甲烷的日变化和连续监测结果.
温室气体 线强 可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)
