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基于波长调制的半导体激光吸收光谱技术在高散射凝胶内的气体传感

杨林  
【摘要】:以激光光谱学为基础的传感技术无论在传统工农业生产还是以信息技术为代表的新兴产业中都有着重要的应用价值和潜在的研究价值。本文运用可调谐半导体激光吸收光谱学(TDLAS),并结合包括波长调制光谱学(WMS)和锁相放大技术等在内的光电信息处理技术,对以干凝胶(xerogel)为代表的一大类新型功能材料内的气体吸收光谱进行了研究,取得了一定成果。 首先,本文基于上述几种理论与技术,整合搭建了一套面向嵌入散射介质内气体吸收光谱的定量探测系统,利用它研究了泡沫、陶瓷、气凝胶、干凝胶等一系列多孔材料,以大气为参考,比较了这些材料的光程增强倍数等散射能力。 其次,经过大量实验,本文首次发现了具有特异结构的金属氧化物空心球干凝胶这一具有强散射能力的新型材料;并着重以氧化铝为对象,研究了这类材料的微观结构、孔隙率、孔径、晶型等物理参数对其光程散射增强能力的影响。 最后,运用散射介质内的气体吸收光谱学(GASMAS),本文以上述高散射干凝胶为敏感单元多程气池,设计优化了可以实时在线探测气体浓度等信息的的小型化传感探头,改良了后台的控制程序,并进行了初步的气体交换测试,提高了信噪比,分辨率,灵敏度,和选择性。


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