基于MEMS-FPI片上光谱芯片的多组分痕量气体检测系统

1

作者 刘兆海 安昕辰 +1 位作者 陶治 刘向 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期359-366,共8页

气体的特征吸收频率可以通过红外光谱技术进行提取,但以可调谐激光吸收光谱法(TDLAS)为标志的气体光谱检测技术难以兼顾宽波段与高精度。因此,高集成度、高速度和高稳定性的多组分痕量气体的检测技术一直是科研界研究的热点。为了拓宽... 气体的特征吸收频率可以通过红外光谱技术进行提取,但以可调谐激光吸收光谱法(TDLAS)为标志的气体光谱检测技术难以兼顾宽波段与高精度。因此,高集成度、高速度和高稳定性的多组分痕量气体的检测技术一直是科研界研究的热点。为了拓宽红外激光器检测的范围,本项目研发了中心波长分别为1543、1579、1626、1653、1690与1742 nm波段可调谐的多通道、可调频分布式反馈(DFB)激光器作为光源。利用MEMS-FPI片上光谱芯片探测带宽窄(约5 nm)、工作波长可精准调控、滤波效率高等一系列优势,实现了与多波长红外激光器的同步探测,完成多种混合气体的稳定高精度的识别与浓度检测,有效抑制了背景气体的相互干扰。该系统采用可寻址的MEMS-FPI光谱芯片的多通道波长调制(WMS)技术,通过单路锁相放大电路分别对不同气体吸收谱线的二次谐波(2f)信号进行解调与数字采集。实现了甲烷(CH4),硫化氢(H_(2)S),乙烯(C2H4)等七种气体标志物的快速痕量级检测。能够兼顾多组分识别与低气体检测下限(识别速度2 s以内),检测下限相比于传统宽光谱直接测量方法降低了约700倍。实验结果表明,本系统对甲烷的检测下限可达到0.2μL·L^(-1),且二氧化碳的检测下限为10μL·L^(-1),丙酮的检测下限为2μL·L^(-1),乙烯、硫化氢的检测下限为1μL·L^(-1),氨气的检测下限为5μL·L^(-1),氯化氢的检测下限为4μL·L^(-1),完全满足包括双碳背景下的低浓度温室气体监测、医疗领域人体呼出气体检测与诊断在内的一系列痕量级多组分气体检测的应用需求。 展开更多

关键词 多组分痕量气体检测 TDLAS 近红外光谱 MEMS-FPI光谱芯片

在线阅读 下载PDF 职称材料

光腔衰荡光谱技术应用于痕量气体检测的研究进展 被引量：7

2

作者 王晓华 王凯迪 +6 位作者 余锦 贾慧民 貊泽强 王金舵 唐吉龙 方铉 魏志鹏 《科学技术与工程》 北大核心 2017年第14期120-130,共11页

光腔衰荡光谱(CRDS)技术在对痕量气体的检测技术中占有重要的地位。对基于光腔衰荡光谱技术的痕量气体检测相关研究进行了综述,分析了光腔衰荡光谱技术的相关工作原理及技术特点。介绍了CRDS痕量气体检测在大气环境、生物医学、燃烧化... 光腔衰荡光谱(CRDS)技术在对痕量气体的检测技术中占有重要的地位。对基于光腔衰荡光谱技术的痕量气体检测相关研究进行了综述,分析了光腔衰荡光谱技术的相关工作原理及技术特点。介绍了CRDS痕量气体检测在大气环境、生物医学、燃烧化学等方面的研究进展以及存在的问题;总结了CRDS痕量气体检测的发展趋势。 展开更多

关键词 腔衰荡光谱 痕量气体检测 研究进展 激光技术

在线阅读 下载PDF 职称材料

用于中红外痕量气体检测的光电信号高速采集系统设计 被引量：10

3

作者 吕默 陈晨 王一丁 《激光杂志》 北大核心 2016年第2期26-29,共4页

在中红外波段,大多数气体分子吸收光谱的线宽都很窄,因此红外光电探测器输出信号为窄脉冲信号。对此脉冲信号的处理要求前置放大器必须兼具精度与速度,而对放大器输出信号的采集也需要在保证带宽的情况下尽量提高数字化的精度。本文中... 在中红外波段,大多数气体分子吸收光谱的线宽都很窄,因此红外光电探测器输出信号为窄脉冲信号。对此脉冲信号的处理要求前置放大器必须兼具精度与速度,而对放大器输出信号的采集也需要在保证带宽的情况下尽量提高数字化的精度。本文中设计了高速并行采样电路,利用两片双通道高速ADC实现了1GSPS的采样速度与12bit的垂直分辨率。信号链的最后一环是FPGA数据处理电路,我们应用CORDIC算法对采集系统的时间误差进行了校正。本文最后给出了光电信号高速采集电路的设计与测试结果,在输入参考信号频率为100MHz时,采集系统整体信噪比达到60d B,无杂散动态范围达到70d B。 展开更多

关键词 痕量气体检测 时间交替并行采样系统 Farrow滤波器 CORDIC算法

在线阅读 下载PDF 职称材料

开放型TDLAS-WMS技术CO_(2)痕量气体检测 被引量：24

4

作者 赵成龙 黄丹飞 +4 位作者 刘智颖 王昱琪 钟艾琦 张耹铭 孟凡宏 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期323-332,共10页

采用窄线宽、边模抑制高的DFB激光器研制一套开放型TDLAS波长调制技术气体检测装置。选取2004 nm处CO_(2)分子吸收峰作为吸收谱线,采用锁相放大器进行调制、解调后的二次谐波信号幅值检测气体浓度大小。设计基于开放环境中的Herriott型... 采用窄线宽、边模抑制高的DFB激光器研制一套开放型TDLAS波长调制技术气体检测装置。选取2004 nm处CO_(2)分子吸收峰作为吸收谱线,采用锁相放大器进行调制、解调后的二次谐波信号幅值检测气体浓度大小。设计基于开放环境中的Herriott型气体吸收池,使用ZEMAX非序列模式进行吸收池仿真,光线追迹后理论光程可达到1350 mm,实际光程由50 mm增加到300 mm,检测浓度下限数值由原先的1300 ppmv降低到214.28 ppmv,有效提高了系统的检测下限能力。配置不同浓度的CO_(2)气体检测,得到二次谐波信号幅值与浓度之间呈现很好的线性关系,其拟合系数为0.99839,可通过拟合直线方程计算得出待测气体的浓度。配置300 ppmv的CO_(2)进行Allan方差分析,积分时间到101.6 s时,Allan方差处于平稳状态,检测系统的灵敏度为1.512×10^(-5)。检测结果表明检测装置实现了对CO_(2)气体浓度准确测量。该装置可进行结核分枝杆菌呼吸产生的CO_(2)气体浓度进行检测,为肺结核病诊断提供依据。 展开更多

关键词 TDLAS-WMS 谐波信号 痕量气体检测 DFB激光器 CO_(2)

在线阅读 下载PDF 职称材料

用于痕量气体检测的宽调谐外腔量子级联激光器研究 被引量：3

5

作者 黄彦 张宇露 +5 位作者 高志强 周建发 韩宁宁 史青 彭泳卿 陈杰 《遥测遥控》 2019年第1期20-27,共8页

研究基于闪耀光栅的Littrow外腔量子级联激光器,设计一种改进型Littrow外腔腔型,实现了小型化样机研制。测试结果表明,输出激光波长调谐范围1317cm^(–1)(7.593μm)至983cm^(–1)(10.173μm),最大平均功率17.7m W,激光线宽小于1cm^(–1)... 研究基于闪耀光栅的Littrow外腔量子级联激光器,设计一种改进型Littrow外腔腔型,实现了小型化样机研制。测试结果表明,输出激光波长调谐范围1317cm^(–1)(7.593μm)至983cm^(–1)(10.173μm),最大平均功率17.7m W,激光线宽小于1cm^(–1),功率稳定性优于0.5%(4h),波长稳定性优于0.12cm^(–1)(5.4h)。样机激光头尺寸76mm×54mm×50mm,部分技术指标优于国外商业产品。 展开更多

关键词 量子级联激光器 外腔 宽调谐 痕量气体检测

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于非色散红外光谱的可调光程痕量气体检测系统

6

作者 宋栓军 程彪 张婕 《光学学报》 CSCD 北大核心 2024年第21期1-10,共10页

针对红外痕量气体检测系统体积大、检测精度低和最低检测限高等问题,研制了基于非色散红外(NDIR)光谱的可调光程痕量气体检测系统。利用该系统实现了4种痕量气体的高精度检测,设计并制作了可调光程气体吸收池及集成化红外气体传感器的... 针对红外痕量气体检测系统体积大、检测精度低和最低检测限高等问题,研制了基于非色散红外(NDIR)光谱的可调光程痕量气体检测系统。利用该系统实现了4种痕量气体的高精度检测,设计并制作了可调光程气体吸收池及集成化红外气体传感器的关键部件结构。为达到最佳光程和光能利用率,基于怀特池结构,以主副镜片相对位置最佳为优化目标,借助光学仿真软件进行光路优化,得到不同气体对应的最佳光程及副镜位置。基于最小二乘法构建气体体积分数计算模型,对系统准确性及最低检测限进行实验测试。结果表明,该系统可实现的光程调节范围为1.6~16 m,光程相对误差为±1%,在1×10^(-6)~500×10^(-6)的体积分数范围内,SF_(6)、CH_(4)、CO和CO_(2)的最大检测误差不高于8%,最低检测限分别降低至1.361×10^(-6)、0.487×10^(-6)、0.420×10^(-6)、0.769×10^(-6)。该系统体积小、检测精度高、最低检测限低,可广泛应用于多种红外痕量气体检测。 展开更多

关键词 红外痕量气体检测 NDIR光谱技术 可调光程 怀特池 光程自动调节装置

原文传递

基于1D-WCWKCNN的痕量甲烷气体浓度检测

7

作者 阚玲玲 朱富海 梁洪卫 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期829-835,共7页

可调谐激光吸收光谱(TDLAS)技术在检测甲烷气体浓度过程中,甲烷气体透射光强二次谐波信号幅值与痕量甲烷气体浓度值成正比关系。如何准确和快速筛选目标甲烷透射光强二次谐波信号幅值至关重要。通过光电探测器获取1 000个甲烷气体透射... 可调谐激光吸收光谱(TDLAS)技术在检测甲烷气体浓度过程中,甲烷气体透射光强二次谐波信号幅值与痕量甲烷气体浓度值成正比关系。如何准确和快速筛选目标甲烷透射光强二次谐波信号幅值至关重要。通过光电探测器获取1 000个甲烷气体透射光强信号样本,解调该透射光强信号获得二次谐波信号。人工在获得多种痕量甲烷气体透射光强和通过透射光强解调二次谐波信号时,存在噪声和人为操作对二次谐波信号的幅值产生影响,从而造成人工筛选二次谐波信号的时间增加。针对传统TDLAS技术筛选痕量甲烷气体二次谐波信号过程中存在高额时间成本的问题,提出了一种基于宽卷积和宽卷积核一维卷积神经网络(1D-WCWKCNN)的痕量甲烷气体浓度检测方法。首先,借助甲烷气体数据集训练1D-WCWKCNN模型,根据训练结果不断调整模型参数。其次,利用宽卷积层和宽卷积核一维卷积层对痕量甲烷气体二次谐波信号进行特征提取,使网络进行一次卷积后能够获得甲烷气体浓度信号中更长序列以及该序列边界信息与气体浓度之间的特征关系。甲烷透射光强二次谐波信号通过6层卷积层提取该信号与甲烷气体浓度关系的深层特征,然后通过6层最大池化层保留该信号与甲烷气体浓度关系的主要特征,再经过Flatten层将前一层处理的痕量甲烷气体透射光强二次谐波信号数据进行一维化处理。最后,根据训练好的1D-WCWKCNN模型通过Dense层输出痕量甲烷气体浓度。利用基于1D-WCWKCNN的痕量甲烷气体浓度检测模型代替了TDLAS技术中人工花费高额时间成本筛选二次谐波信号进行拟合直线对痕量甲烷气体浓度检测的过程。在实际实验中验证了该方法的有效性,实验结果表明利用该方法能够对50~1 000 mg·L^(-1)的痕量甲烷气体浓度进行有效检测,其准确度达到99.85%,与其他方法相比该方法信号特征提取能力强,检测甲烷气体精度高。该方法有助于气体检测领域中待测气体浓度信号的筛选。 展开更多

关键词 痕量甲烷气体检测 TDLAS技术 宽卷积核 一维宽卷积

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于SVM和PCA的痕量多组分气体检测方法 被引量：5

8

作者 余道洋 戚功美 +2 位作者 瞿顶军 李民强 刘锦淮 《模式识别与人工智能》 EI CSCD 北大核心 2015年第8期720-727,共8页

针对气敏和光学传感器等常规方法难以检测痕量多组分气体的问题,采用快速色谱与气敏传感器阵列结合的检测方法获取痕量多组分气体的信号,然后对信号采用支持向量机(SVM)训练分类气体模式特征.为获得较好的气体识别模型,使用粒子群算法(P... 针对气敏和光学传感器等常规方法难以检测痕量多组分气体的问题,采用快速色谱与气敏传感器阵列结合的检测方法获取痕量多组分气体的信号,然后对信号采用支持向量机(SVM)训练分类气体模式特征.为获得较好的气体识别模型,使用粒子群算法(PSO)优化SVM参数.通过对实际样品检测和识别,并对比评估同类检测仪器采用的检测识别方法,验证文中方法对混合气体的选择性更好,采用的SVM、PCA和PSO组合方法更适合处理和识别小样本数据.研制的多组分痕量气体检测样机具有更高的识别率、重复性和稳定性. 展开更多

关键词 支持向量机 主成分分析 多组分 痕量气体检测

在线阅读 下载PDF 职称材料

光声光谱技术应用于痕量气体浓度测量的研究进展 被引量：6

9

作者 郑洪全 戴景民 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-14,共14页

光声光谱技术作为实现痕量气体浓度高效率、高精度测量的重要气体传感技术,因其响应速度快、灵敏度高、选择性好等优点被广泛应用到大气环境检测、电力系统故障诊断、医疗健康诊断等领域当中。首先介绍了光声光谱技术痕量气体浓度测量... 光声光谱技术作为实现痕量气体浓度高效率、高精度测量的重要气体传感技术,因其响应速度快、灵敏度高、选择性好等优点被广泛应用到大气环境检测、电力系统故障诊断、医疗健康诊断等领域当中。首先介绍了光声光谱技术痕量气体浓度测量的基本原理,对应用光声效应实现痕量气体浓度测量的机理进行了简要的描述,同时,介绍了基于光声光谱技术的典型痕量气体浓度测量装置的结构。其次,从光声信号强度的理论分析出发,引出国内外学者在光声光谱痕量气体浓度测量领域的研究热点,为了实现基于光声光谱技术的痕量气体浓度测量装置更强的抗干扰能力、更紧凑的结构、更低的检测下限、更高的检测灵敏度,国内外学者的研究重点可以总结为以下三点:(1)辐射光源的选取和设计,以实现更佳辐射光源的输出波长、更宽的调谐范围、更高的辐射光源输出功率。(2)更优秀的光声池设计,以实现更高效的声能量积聚、更紧凑的结构和更强的抗干扰能力。(3)声敏探测器的设计,以实现更高的声音灵敏度、更高的信噪比。详细介绍了基于光声光谱痕量气体浓度测量装置的三个核心元件:辐射光源,主要介绍了相干光源和非相干光源的应用研究进展;光声池,主要介绍了光声池的设计原则以及非共振式和共振式光声池的应用研究进展;微音器,主要介绍了电容式微音器、压电式微音器的应用研究进展,并对近期研究热点石英增强光声光谱技术进行简要的介绍。在介绍目前辐射光源、光声池、微音器应用研究进展的同时,分析了各元件的优势和需要解决的问题。最后,总结了光声光谱技术应用于痕量气体浓度测量领域装置存在的信噪比不高、结构复杂、检测灵敏度和检测下限易受混合气体之间的交叉干扰等问题,并且对未来测量装置中的三个核心元件:辐射光源、光声池、微音器的发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 光声光谱 痕量气体检测 辐射光源 光声池 微音器

在线阅读 下载PDF 职称材料

采用带间级联激光器的痕量气体检测技术进展 被引量：6

10

作者 杜振辉 韩瑞炎 +3 位作者 王晓雨 王拴棵 孟硕 李金义 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期77-88,共12页

带间级联激光器(ICL)是近年来发展起来的高性能中红外光源,覆盖中红外3~6μm谱段。其具有电光效率高、阈值电流低、可室温连续工作等优点,是痕量气体检测领域最具吸引力的半导体激光器之一。分析了中红外指纹吸收光谱的特征,简述了带间... 带间级联激光器(ICL)是近年来发展起来的高性能中红外光源,覆盖中红外3~6μm谱段。其具有电光效率高、阈值电流低、可室温连续工作等优点,是痕量气体检测领域最具吸引力的半导体激光器之一。分析了中红外指纹吸收光谱的特征,简述了带间级联激光器的发展、工作原理和特性,综述了基于中红外宽带吸收光谱的高灵敏、特异性检测技术的发展,并对今后发展做了讨论和展望。 展开更多

关键词 光谱学 带间级联激光器 痕量气体检测 中红外谱段 可调谐激光吸收光谱分析 波长调制光谱

原文传递

面向痕量气体检测的宽带空心布拉格光纤设计 被引量：2

11

作者 尚亮 张立春 亓丽梅 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期152-157,共6页

提出了一种包层周期呈线性啁啾分布的新型空心布拉格光纤(HC-BF)包层结构设计,旨在满足基于中红外吸收光谱的多组分痕量气体检测应用需求。数值研究了这种准周期包层结构HC-BF中近掠入射条件下TE和TM模的带隙结构和模式损耗特性,并与常... 提出了一种包层周期呈线性啁啾分布的新型空心布拉格光纤(HC-BF)包层结构设计,旨在满足基于中红外吸收光谱的多组分痕量气体检测应用需求。数值研究了这种准周期包层结构HC-BF中近掠入射条件下TE和TM模的带隙结构和模式损耗特性,并与常规周期包层结构HC-BF进行了对比。结果表明,对于包层周期线性啁啾分布结构的HC-BF,通过增大包层周期线性增加量和包层层数均可以有效拓展光子带隙(PBG)宽度,并且其展宽效果随两者增加而明显增强,同时PBG中心波长产生红移。在展宽的PBG波长范围内,该新型包层结构HC-BF依然能够保持0.01dB/m量级的低传输损耗,表明其具有优良的中红外宽带低损耗传输特性。 展开更多

关键词 光纤光学 空心布拉格光纤 中红外宽带传输 痕量气体检测

原文传递

多特征波长窗法检测痕量甲醛气体的研究 被引量：2

12

作者 李仰军 王高 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期3332-3335,共4页

为了克服化学检测痕量甲醛气体速度慢、有耗材、采样区域局限等缺点,实现快速准确地检测甲醛气体的浓度,设计了一种多特征波长窗的方法。根据甲醛及主要干扰气体的特征光谱选择相干度最小的多组特征波长,特征波长个数分别选用3,4和5个,... 为了克服化学检测痕量甲醛气体速度慢、有耗材、采样区域局限等缺点,实现快速准确地检测甲醛气体的浓度,设计了一种多特征波长窗的方法。根据甲醛及主要干扰气体的特征光谱选择相干度最小的多组特征波长,特征波长个数分别选用3,4和5个,同时配合相应的多组窄带滤光片。当光源依次通过这些窗口及气室后,由PCI-2TE-13型红外探测器采集,并经相关算法反演样气中的甲醛浓度。实验针对新装修的房屋、建材商场、超市及公园四种环境下采集的样气中的甲醛进行定量分析。实验结果与ARCSpectro-A-MIR型红外光谱仪的检测结果相比较,结果表明,采用多特征波长窗法在10μg.m-3以上的检测结果均与标准值相近,其平均误差均小于5%,满足实际应用的要求,并且具有实时检测、不中毒等优点。 展开更多

关键词 光谱检测 多特征波长窗法 痕量气体检测 甲醛

在线阅读 下载PDF 职称材料

痕量气体光谱法检测用半导体激光器温度控制电路 被引量：1

13

作者 谭中奇 龙兴武 李发明 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第z3期1909-1910,共2页

本文介绍一种半导体激光器温度控制电路及其辅助调试电路(含软件),电路采用Peltier模块集成温度控制器MAX1978,温控精度约为0．02℃,该电路用于痕量气体光谱法检测系统。

关键词 半导体激光器 MAX1978 PID 痕量气体检测

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于中红外分布反馈量子级联激光器的光声光谱技术用于痕量甲烷气体检测 被引量：9

14

作者 谭松 刘万峰 +5 位作者 王利军 张锦川 李路 刘俊岐 刘峰奇 王占国 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1251-1254,共4页

由于工业监控和环境检测的需要,甲烷气体检测日益得到人们的关注。研究了基于中红外分布反馈量子级联激光器(DFB-QCL)的光声光谱技术,并应用于痕量甲烷的检测。自主研发的DFB-QCL室温工作时的激射波长在7.6μm附近,覆盖了甲烷的特征吸... 由于工业监控和环境检测的需要,甲烷气体检测日益得到人们的关注。研究了基于中红外分布反馈量子级联激光器(DFB-QCL)的光声光谱技术,并应用于痕量甲烷的检测。自主研发的DFB-QCL室温工作时的激射波长在7.6μm附近,覆盖了甲烷的特征吸收谱线1 316.83cm-1。待测甲烷气体充入亥姆霍兹光声谐振腔中,DFB-QCL的工作频率为234Hz、室温脉冲工作时峰值功率为80mW。中红外光经过甲烷吸收后,产生的声波信号经麦克风检测,由锁相放大器对信号进行采集并输入计算机进行处理。按信噪比为1计算,得到甲烷的探测极限为189nmol.mol-1。 展开更多

关键词 甲烷 分布反馈 量子级联激光器 光声光谱法 痕量气体检测

在线阅读 下载PDF 职称材料

注入锁定腔增强拉曼光谱微量气体检测技术 被引量：13

15

作者 王品一 万福 +3 位作者 王建新 陈伟根 朱承治 刘晔 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1917-1924,共8页

为了提高微量气体的拉曼散射强度,本文设计并搭建了注入锁定腔增强拉曼光谱微量气体检测平台。半导体激光器(波长为638nm,功率为15mW)输出到由三块高反镜组成的V型增强腔中,结合注入锁定技术,腔内激光强度达到7.5 W,实现了500倍的增强... 为了提高微量气体的拉曼散射强度,本文设计并搭建了注入锁定腔增强拉曼光谱微量气体检测平台。半导体激光器(波长为638nm,功率为15mW)输出到由三块高反镜组成的V型增强腔中,结合注入锁定技术,腔内激光强度达到7.5 W,实现了500倍的增强效果。利用该实验平台对微量单一气体及其混合气体进行了拉曼检测,并根据拉曼特征谱峰选取原则及信噪比大于3的原则,确定了H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2的特征拉曼谱峰分别为4 156,2 143,1 388,2 918,2 955,1 344,1 975cm-1,最小检测极限分别为10.2,21.7,9.4,2.1,8.9,4.9,3.3Pa。腔增强拉曼光谱法可以实现微量同核双原子气体检测及利用单一波长激光的混合气体同时检测,具有替代气体检测传统光谱方法的潜力。 展开更多

关键词 拉曼光谱 痕量气体检测 腔增强 注入锁定

在线阅读 下载PDF 职称材料

用于痕量检测微弱信号提取的锁相放大电路设计及实现 被引量：13

16

作者 倪家升 刘统玉 +5 位作者 王昌 常军 宋志强 王黔 刘真梅 翟瑞占 《山东科学》 CAS 2009年第5期48-52,56,共6页

在分析了现代微弱信号检测的研究技术的基础上,设计了一种基于AD630芯片的锁相放大器电路,利用锁相放大器芯片内部的锁相与乘法功能,对参考信号与探测信号进行处理,实现了信号的锁相放大,通过合适的积分电路,实现了锁相放大器的设计。... 在分析了现代微弱信号检测的研究技术的基础上,设计了一种基于AD630芯片的锁相放大器电路,利用锁相放大器芯片内部的锁相与乘法功能,对参考信号与探测信号进行处理,实现了信号的锁相放大,通过合适的积分电路,实现了锁相放大器的设计。文章还对微弱信号的前置放大电路进行设计,从而提高了整个锁相放大器电路的整体性能。该电路成功应用于光纤痕量气体检测中,并实现了0.0001%浓度量级的一氧化碳痕量检测,提高了检测灵敏度,效果明显。 展开更多

关键词 微弱信号 痕量气体检测 电路 锁相放大器

在线阅读 下载PDF 职称材料

采用长光程差分吸收光谱技术(LP-DOAS)的中红外痕量一氧化碳检测仪 被引量：5

17

作者 吕默 王一丁 陈晨 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期2278-2282,共5页

一氧化碳作为一种危险的开采排放气体,在复杂的井下环境中极易累积,对矿工生命安全造成严重威胁。介绍了一种紧凑型一氧化碳检测仪,该仪器采用激发波长为4.65μm的量子级联激光器作为光源,配合中红外碲镉汞光电探测器与光程长度12m的紧... 一氧化碳作为一种危险的开采排放气体,在复杂的井下环境中极易累积,对矿工生命安全造成严重威胁。介绍了一种紧凑型一氧化碳检测仪,该仪器采用激发波长为4.65μm的量子级联激光器作为光源,配合中红外碲镉汞光电探测器与光程长度12m的紧凑型多次反射气室,实现了对痕量一氧化碳气体的检测。自主设计的新型高速光电信号采集系统解决了应用商业示波器造成的信号链阻抗失配的问题。这一新系统的采样带宽为400MHz,采样频率1GSPS,垂直分辨率达到12bit,有效的提高了检测仪的灵敏度与集成度。该仪器采用长光程差分吸收光谱法,通过比较实测光谱与进行Voigt展宽的理论光谱之间的残差得出此检测仪的检测下限为108×10-9。检测仪的测量误差有非平稳,慢时变的特点。根据这一特点我们采用阿伦方差对气体检测仪检测灵敏度进行了估计,经过约40s方差曲线达到极小值,此时阿伦方差值为61×10-9。在2h的稳定性测试中,检测仪稳定度达到2.1×10-3,在长达12h的稳定性测试中,检测仪的稳定度依然可以达到1.7×10-2。此仪器具有较高的灵活性,通过更换不同激射波长的激光器可以实现对多种气体的痕量检测。 展开更多

关键词 量子级联激光器 痕量气体检测 光电信号采集系统 长光程差分吸收光谱 残差分析 阿伦方差

在线阅读 下载PDF 职称材料

气体流量对石英增强型光声光谱检测精度的影响 被引量：2

18

作者 张佳薇 谈志强 +3 位作者 李明宝 彭博 谢永浩 郑岳涵 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第3期1048-1053,共6页

石英增强型光声光谱(quartz enhanced photoacoustic spectroscopy,QEPAS)检测技术在痕量气体浓度检测方面具有灵敏度高、可靠性好、系统体积小等优势。以二氧化碳为目标气体,深入研究不同气体流量对QEPAS检测系统精度的影响。通过Fluen... 石英增强型光声光谱(quartz enhanced photoacoustic spectroscopy,QEPAS)检测技术在痕量气体浓度检测方面具有灵敏度高、可靠性好、系统体积小等优势。以二氧化碳为目标气体,深入研究不同气体流量对QEPAS检测系统精度的影响。通过Fluent ANSYS仿真软件对气体流场进行分析,完成对不同流量情况下气室内压强和流速的仿真。通过基于QEPAS的CO_(2)气体检测系统的实验,研究了气室压强对气体浓度检测的影响。实验结果表明通过控制气体流量使得气室内的压强为1.08×10^(-1)~1.48×10^(-1) Pa时,检测信号与气体浓度之间线性关系良好,相关系数R=0.99971,系统相对误差为0.5%,系统检测下限为72×10^(-6)mL/m^(3)。 展开更多

关键词 石英增强型光声光谱(QEPAS) 痕量气体检测 二氧化碳检测:Fluent

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于石英增强光声光谱的痕量气体传感技术研究进展 被引量：3

19

作者 佟瑶 马欲飞 《聊城大学学报（自然科学版）》 2019年第2期34-41,共8页

石英增强光声光谱技术(QEPAS)作为一种高灵敏度的间接吸收光谱技术,目前已成为痕量气体检测领域的研究热点.本综述文章介绍了近几年具有代表性的QEPAS技术方案,从提高激光功率、增强声耦合效率以及传感器的实际应用三个角度,对比了新型... 石英增强光声光谱技术(QEPAS)作为一种高灵敏度的间接吸收光谱技术,目前已成为痕量气体检测领域的研究热点.本综述文章介绍了近几年具有代表性的QEPAS技术方案,从提高激光功率、增强声耦合效率以及传感器的实际应用三个角度,对比了新型结构的探测性能,分析了各结构的优势.最后,对本文中提到的QEPAS结构进行了总结,并对QEPAS技术未来的发展进行了展望. 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 痕量气体检测 激光器 石英音叉

在线阅读 下载PDF 职称材料

腔增强拉曼光谱方法检测痕量氢气 被引量：2

20

作者 仰青颖 程存峰 +2 位作者 孙羽 刘安雯 胡水明 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期669-676,共8页

氢气作为潜在的能源载体和工业材料,在众多领域发挥着日益重要的作用。在很多应用中,对氢气的检测需要有更高的灵敏度、更快的响应和更大的动态测量范围。腔增强拉曼光谱法(CERS)通过Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术将激光和高精细度的... 氢气作为潜在的能源载体和工业材料,在众多领域发挥着日益重要的作用。在很多应用中,对氢气的检测需要有更高的灵敏度、更快的响应和更大的动态测量范围。腔增强拉曼光谱法(CERS)通过Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术将激光和高精细度的光学谐振腔锁定,实现了1900倍的腔内功率增益,用于痕量氢气的检测。在7 mW的激光输入功率下,当积分时间为100 s时,自行搭建的腔增强拉曼光谱装置对H2的检测限为2 Pa。实验结果还表明拉曼散射强度与激光功率和气体压力具有良好的线性关系,示范了CERS方法高精度气体定量分析的潜力。 展开更多

关键词 光谱学 痕量气体检测 腔增强拉曼光谱 氢气 光学谐振腔 Pound-Drever-Hall技术

在线阅读 下载PDF 职称材料