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基于TDLAS的长光程环境大气痕量CO监测方法研究

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中国激光 2015年第2期42卷 305-312页

作者：姚路刘文清刘建国阚瑞峰许振宇阮俊戴云海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 中国科学院大学北京100049

CO作为大气中重要的污染物和煤矿、油田等环境的危险气体,CO浓度的实时监测对生产生活安全具有重要意义。筛选出CO位于2334 nm附近的R(6)吸收谱线,搭建了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的长光程开放光路大气CO监测系统。采用直接吸... 详细信息

CO作为大气中重要的污染物和煤矿、油田等环境的危险气体,CO浓度的实时监测对生产生活安全具有重要意义。筛选出CO位于2334 nm附近的R(6)吸收谱线,搭建了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的长光程开放光路大气CO监测系统。采用直接吸收技术,吸收光程为700 m,借助离轴抛物面镜实现了收发同光路;低功耗、小型化的测量控制系统,在单块电路板上实现了激光器驱动、光谱信号处理等功能,单板体积为120 mm×100 mm×25 mm,功耗小于5 W。上位机对光谱数据进行多峰拟合处理,分离出CO和CH4的吸收光谱,反演CO浓度。通过分析光谱数据标准差可知,在1 s响应时间下的检测限为0.06×10-6。对大气中的CO浓度进行了连续监测,测量结果和CO点式分析仪结果一致性良好,验证了该系统仪器化的可行性。

关键词：光谱学可调谐半导体激光光谱技术长光程探测开放光路大气CO监测

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乙炔近红外吸收光谱理论及检测技术研究

乙炔近红外吸收光谱理论及检测技术研究

作者：邓昊安徽大学

学位级别：硕士

随着化工工业的迅速发展,乙炔已经成为化工生产过程中有机合成最重要的原材料。但因其易燃的特性,与空气混合形成爆炸性混合物,这严重威胁化工生产的安全。因此,准确检测乙炔气体浓度对保障工业生产安全具有重要的意义。伴随激光光谱技... 详细信息

随着化工工业的迅速发展,乙炔已经成为化工生产过程中有机合成最重要的原材料。但因其易燃的特性,与空气混合形成爆炸性混合物,这严重威胁化工生产的安全。因此,准确检测乙炔气体浓度对保障工业生产安全具有重要的意义。伴随激光光谱技术的发展,可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)因其高灵敏度、高分辨率、快速响应和无损探测的优点已经广泛应用于气体检测领域。直接吸收光谱(DAS)作为一种直接的光谱方法,通过检测分子与激光相互作用时的光强变化量,并结合郎伯-比尔定律与非线性最小二乘法拟合算法,即可反演出分子的浓度信息。吸收光谱所依赖的HITRAN数据库中的光谱参数均为理论计算结果,在实际应用中需要对其进行测量校正,以提高浓度反演的精确度。本文选用工作在近红外波段的半导体激光器作为光源,对乙炔在1.5μm处泛频v1+v3吸收带谱线参数进行了深入研究,并对部分线强大于10-20cm/molecule强吸收谱线参数进行了校正,实验结果与HITRAN12数据库对比,线强和加宽系数的相对误差小于2%;实验中,发现6526cm-1和6532 cm-1波段范围内,存在大量未被报道且吸收强度相对较弱的新谱线,本文通过结合长程吸收池技术和多光谱拟合算法,首次系统地研究了该光谱范围内的弱谱线参数。最终,我们计算了部分已知谱线与22条新谱线线强,并对新谱线的中心位置进行了归属,结果显示已知弱吸收谱线线强的相对误差基本小于10%,本文报道的乙炔新谱线参数将有利于HITRAN数据库的升级。此外,本文结合长程吸收池技术,搭建了一套痕量乙炔气体检测系统。根据乙炔1.5 μm处v1+v3吸收带谱线参数测量结果,以位于6578.5761 cm-1处的R9e(线强为1.34×10-20 cm/molecule)吸收谱线为目标测量谱线,通过选择激光器不同的波长扫描模式,利用直接吸收光谱技术(DAS)展开了乙炔浓度的测量研究。在72.44 m的吸收光程下,利用激光器的波长快速扫描功能,该系统实现了信噪比为1 dB时1.8 ppm的探测灵敏度;当使用激光器的波长慢速扫描时,根据艾伦偏差分析(Allan Variance),在1 s的积分时间内实现了 43.6 ppb的探测极限,当积分时间增加至133 s时,该系统的可探测限约为9.6 ppb。为了抑制信号噪声,论文中首次将Savitzky-Golay(SG)二阶微分算法应用于光谱信号处理中,模拟了该微分算法在不同滤波参数情况下对不同信噪比的模拟光谱信号的降噪效果,模拟与实验研究表明该微分算法具有很好的滤波效果。进一步用该二阶微分算法处理实验吸收光谱信号,结果显示SG二阶微分信号的幅值与气体浓度之间具有良好的线性关系,未来可以将其应用于工业气体检测、大气环境监测及医学气体检测等领域。

关键词：乙炔可调谐半导体激光光谱技术新谱线长程吸收池技术Savitzky-Golay 二阶微分算法

基于TDLAS技术1.65μm附近乙烷分子高分辨吸收光谱测量

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大气与环境光学学报 2009年第1期4卷 38-45页

作者：王贵师蔡廷栋汪磊张为俊高晓明中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学实验室安徽合肥230031

基于可调谐半导体激光光谱(TDLAS)技术,结合实验室自制程长可达50 m的Herriot池,使用波长计对乙烷吸收谱线进行了准确定标,并根据记录的光谱数据,精确测量了6039～6054 cm^(-1)波段内71条乙烷分子的谱线(中心位置及谱线强度),最小可探... 详细信息

基于可调谐半导体激光光谱(TDLAS)技术,结合实验室自制程长可达50 m的Herriot池,使用波长计对乙烷吸收谱线进行了准确定标,并根据记录的光谱数据,精确测量了6039～6054 cm^(-1)波段内71条乙烷分子的谱线(中心位置及谱线强度),最小可探测谱线吸收强度为10^(-25)cm^(-1)/(molecule·cm^(-2)),对结果及误差进行了详细分析,为进一步研究天然气提供了重要参考。

关键词：可调谐半导体激光光谱技术 Herriot池乙烷 Voigt拟合

激光微量氨分析系统在脱硝逃逸氨检测中的应用

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电力科技与环保 2015年第5期31卷 60-62页

作者：郑利武赵国成俞大海任焱邱梦春顾海涛聚光科技(杭州)股份有限公司浙江杭州310052 沧州华润热电有限公司河北沧州061000 杭州电子科技大学电子信息学院浙江杭州310018

氮氧化物(NOx)是火电厂排放烟气中的主要污染物之一。烟气脱硝是采用氨作为还原剂,对燃烧后烟气中的NOx进行处理,以降低NOx排放量的技术。通过脱硝后烟气中逃逸氨气的浓度来控制脱硝反应中氨气的投放量,保证氮氧化物排放浓度满足环保法... 详细信息

氮氧化物(NOx)是火电厂排放烟气中的主要污染物之一。烟气脱硝是采用氨作为还原剂,对燃烧后烟气中的NOx进行处理,以降低NOx排放量的技术。通过脱硝后烟气中逃逸氨气的浓度来控制脱硝反应中氨气的投放量,保证氮氧化物排放浓度满足环保法规要求。基于可调谐半导体吸收激光光谱技术,开发了旁路取样式激光逃逸氨分析系统,实现了我国电厂烟气脱硝微量逃逸氨的在线监测。现场应用证明,该系统在我国电厂烟气脱硝逃逸氨检测中得以成功应用。

关键词：烟气脱硝逃逸氨分析系统可调谐半导体激光光谱技术