基于光声光谱技术的CO气体探测

搭建了基于2.3μm中红外可调谐二极管激光器的CO气体的光声光谱测量系统,并选取4300.699 cm~(-1)处的CO吸收谱线作为传感目标。为了消除较长的CO分子弛豫时间对测量的影响,采用在实验气体中混入水汽的方式来增强光声信号。通过优化调制参数确定出系统的最佳调制振幅和调制频率分别为4.29 cm~(-1)和785 Hz。在最优的实验条件下,所选谱线的二次谐波信号与CO浓度间具有良好的线性关系,其线性度为0.994,利用该关系反演出空气中CO的体积分数约为2.13×10~(-6)。最后利用Allan方差对干湿条件系统的长期稳定性进行了分析,得到系统在干湿条件下的探测极限分别为1.18×10~(-7)和0.58×10~(-7),验证了水汽的加入可以有效提高系统对CO的探测灵敏度。     

非分光红外CO2数字传感器设计与实现

针对市面上非分光红外CO2数字传感器在小型化、数字化、模块化和国产化等方面发展不尽人意。基于不同气体分子的红外光谱吸收特性,利用郎伯-比尔红外吸收定律,运用电子学、机械学和光学等多门学科,对非分光红外CO2数字传感器设计与实现。整体方案设计主要内容包括光源选择、探测器选择、光学气室设计、硬件电路设计、软件设计。通过实验检测,测量结果完全达到设计要求的精度不低于±100ppm、测量范围10ppm~4700ppm。结果表明,仪器测量范围广、精度高、预热启动时间短、成本低和模块化。     

射频激励金属-陶瓷结构矩形波导CO2激光器的设计与工艺

通过分析波导激光器中的耦合损耗,给出了金属-陶瓷结构CO2波导激光器的设计方案,并对2 mm×2 mm×140 mm的金属-陶瓷结构RF激励波导CO2激光器进行了实验研究,获得3.39 W的输出功率,效率为6%。该项研究对此类器件的进一步发展提供了技术借鉴。     

Na2高位振动态与CO_2分子间碰撞能量转移的研究

利用受激发射抽运将Na2分子激发到Na2X1Σ+g(33,11)高位振动态,研究了高激发Na2与CO2的态-态能量转移过程。窄线宽激光扫描Na2的X1Σ+g(33,11)→A1Σ+u(21,10)跃迁,测量它的透射光强,从吸收系数得到Na2X1Σ+g(33,11)原生态布居数密度。利用高分辨率瞬时吸收测量技术,得到CO2基振动态(0000)上转动态的布居数密度。通过速率方程分析,在一次碰撞的条件下,得到了与高振动激发Na2碰撞产生CO2(0000)高转动态的速率系数。对于J=46~64,速率系数在4.5×10-12~6.5×10-13cm3s-1之间,相对于J态的Na2(ν″=33)的猝灭速率系数在2.3×10-11~9.1×10-11cm3s-1之间。实验数据表明,在Na2高位振动态与CO2的碰撞能量转移中,Na2激发态倒空对CO2转动能量的增加更有效。观察到了Na2高位振动态的多量子弛豫,得到了弛豫速率系数。     

激光量热法测量光学薄膜微弱吸收

按照国际标准ISO 11551研制了用于测量光学薄膜微弱吸收的激光量热装置。典型情况下吸收测量灵敏度优于10-6,测量误差估计为10%左右。在1064 nm波长测量1 mm厚石英玻璃基板的绝对吸收为3.4×10-6,测量灵敏度达到1.5×10-7。测量了不同膜层设计、不同使用角度、不同镀膜技术镀制的全介质高反膜样品;使用离子束溅射(IBS)技术镀制的Ta2O5/SiO2多层0°反射镜的吸收仅为1.08×10-5,而使用离子束辅助沉积(IAD)技术镀制的HfO2/SiO2多层45°反射镜的吸收测量值为6.83×10-5。     

基于气体相关滤波技术的非分散红外CO气体监测系统的研究

介绍了一种有效的测量CO气体浓度的方法一基于气体相关滤波技术(GFC)的非分散红外法(NDIR)，以及该方法在实际测量中的应用．根据该方法设计出新型CO监测仪，实验表明，设计的基于GFC技术的非分散红外CO监测系统在0～200ppm的测量范围内有10ppb的监测精度。     

基于中红外吸收光谱技术的燃烧场CO浓度测量研究

燃烧场组分的测量对于燃烧诊断具有重要的研究意义。基于可调谐激光吸收光谱(TLAS)技术,采用中红外带间级联激光器(ICL)扫描一氧化碳(CO)的2060cm~(-1)(v=1←0,P20)吸收谱线,实现了对燃烧场CO浓度的测量。实验通过燃烧产物H2O的7154.35cm~(-1)和7467.77cm~(-1)吸收谱线的谱线强度比值反演燃烧场温度,以此修正测量环境下CO谱线强度参数,实现CO浓度的精确测量。首先介绍了TLAS测温验证实验,温度测量在各个设置温度台阶下的波动均小于45K,温度测量具有可靠性;其次开展CO浓度测量标定实验,CO测量浓度与标准气体浓度的误差在3%以内;最后针对甲烷/空气平焰炉在不同燃烧状态下进行CO浓度测量,实现0.35‰~4.5%范围内CO浓度的测量,检测灵敏度为0.035‰。实验验证了中红外吸收光谱技术实现燃烧场组分浓度测量的可行性和可靠性,有助于燃烧诊断的研究,具有较大的应用价值。     

QCLAS在JLMPGF6.5发动机CO体积分数测量中的应用

为了精确测量吸收光谱，并尽量减小温度与湍流波动对光谱测量结果的影响，采用谱线模拟仿真模拟和20kHz高频扫描的方法，选取中红外基频跃迁带内低温度敏感性谱线P(10)，进行了理论分析和实验验证，取得了发动机CO吸收光谱及其体积分数随时间变化的数据，变化范围为(153±123)×10-6。结果表明，P支谱线扫描范围内可降低48.28%目标气体温度变化对体积分数反演的影响。该方案能够为发动机尾气CO激光遥感测量提供一个高速、精准、实时的监测方案。     

中红外区低浓度CO32-水溶液摩尔吸光系数的测量

本文通过测量30～100 mmol/L低浓度Na2CO3水溶液的红外吸收光谱,计算了CO32-的摩尔吸光系数.利用以硒化锌为基底的红外单次衰减全反射(ATR)附件测量30～100 mmol/L浓度Na2CO3水溶液的红外吸收光谱,将模拟的纯水的衰减全反射光谱作为基线,对Na2CO3水溶液的红外吸收光谱进行基线调整;利用Kramers-Kronig关系计算了Na2CO3溶液的折射率和消光系数,并进一步计算出Na2CO3溶液的有效光程及低浓度Na2CO3水溶液的摩尔吸光系数,计算得到的CO32-的最大摩尔吸光系数为2421.99 L/(mol·cm).     

适合逃逸氨取样测量的新型样品池研究

可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)为逃逸氨的在线检测提供了可靠的技术手段,然而现场取样测量需要克服高温、高粉尘及测量滞后性的影响,使得NH3浓度控制在3×10-6左右。采用特殊设计的新型Herriott样品池,具有中空光路、气路带加热的设计结构,能够提高测量的实时性。为了评价样品池的测量精度,分别对浓度为1×10-6到10×10-6的NH3进行检测,采集得到其二次谐波光谱,通过分析吸收峰以及谷值,得到测量结果的拟合曲线,根据光谱曲线的标准偏差得到了样品池的最低检测限为0.22×10-6。结果表明,新型Herriott样品池测量精度高、实时性好,能够满足逃逸氨的取样测量要求,适合在线监测。