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调谐激光光谱的气体分析技术研究

尹新  
【摘要】: 可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是利用二极管激光器波长调谐特性,获得被测气体的特征吸收光谱,从而对痕量气体进行定性或者定量分析。在空气痕量气体检测中,一般需要和长光程吸收池相结合使用。这种技术不仅精度较高,选择性强而且响应速度快。已经广泛用于大气中多种痕量气体的检测以及地面的痕量气体和气体泄漏的检测。 本文对可调谐激光二极管吸收光谱学技术的基本原理进行了研究,对这项技术涉及到的吸收光谱的原理,波长和频率调制光谱学技术等作了分析和讨论。 根据各种半导体激光器的特性,结合HITRAN数据库中二氧化碳的标准谱图,选用分布反馈式(DFB)激光二极管进行实验,通过对DFB激光器静态特性的测试,验证了其调谐特性的经验公式,得到其调谐范围和调谐率,通过比较温度和电流两种调谐特性,结合在线气体分析技术的特点,选取电流作为波长调谐的手段。 依据上述原理和实验,本文构建了一套调谐激光光谱技术与长光程吸收池相结合的实验装置。以二氧化碳为实验和研究的对象,对不同浓度的二氧化碳气体进行检测,对其吸收光谱数据进行分析,计算出对应的二氧化碳特征吸收峰位置,并与HITRAN数据库中的标准谱图进行对应,提取出多次谐波信号,分析了各次谐波的特性,通过比较选用二次谐波信号,得到其幅值与浓度的关系,并对其不对称性进行讨论,提出了改善方案。 针对气体检测中对低浓度和测量精度的实际要求,本套实验系统尚存一定不足,本文最后一部分提出了对系统改进和实验下一步工作的设想。


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