可调谐激光波长调制技术检测氧气浓度

为了克服传统方法检测氧气浓度的一些弊端,提出了一种采用可调谐激光二极管吸收光谱法结合锁相放大的检测技术.通过改变激光二极管的驱动电流使输出波长变化扫描通过氧气的吸收峰,然后利用锁相放大技术对吸收光谱的谐波进行检测分析.利用半导体激光能量高、单色性好、输出波长可随电流调制的特点和锁相放大检测微弱信号的优势来提高信噪比与检测精度.对不同浓度的氧气进行了实际检测,可得检测线性相关系数为0.99,检测极限质量浓度为1142.86 mg/m3,且该方法具有较好的稳定性及抗干扰性.     

可调谐二极管激光吸收光谱技术测量风洞流速

基于对水蒸气的吸收谱线在超音速流场的多普勒效应,结合HITRAN数据库,选取适合当前环境的吸收谱线7181.1558 cm-1,结合超音速风洞装置建立起一套基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的实验装置,测量对应频移,分析反演出流场速度,实验结果表明,在高速环境下,系统测量流速为563.06 m/s,线性误差为5.09%,效果良好,从而为对激波管等高速脉冲设备的进一步测量实验打下了良好基础。     

测量云母双折射率的波长调制补偿方法

根据云母折射率的色散关系和相位延迟随波长变化关系,给出了一种测量双折射率比较精确的方法.通过测量云母材料的厚度和相应厚度情况下作为λ/4波片使用所对应的波长,利用相位延迟与波长及厚度函数关系式直接求得云母的双折射率.该方法简便,测量精度达到10-5量级.     

基于波长调制光谱技术的二氧化碳浓度测量

以可调谐激光二极管吸收光谱技术为基础,结合波长调制光谱技术,对不同体积浓度的二氧化碳气体进行检测。分别分析正弦波调制信号的不同调制电压及调制频率对二次谐波信号波形及峰值的影响。结果显示当调制电压为0.25 V、调制频率为10 kHz时,得到的二次谐波信号较好。在此基础上,利用实验室中搭建的单光路测量系统对不同浓度的CO2气体进行检测,得到气体浓度与二次谐波峰值线性相关系数为0.998,系统的检测极限为450 ppm。研究为该类系统调制系数的选择提供了实验依据,为工业应用打下了基础。     

基于波长调制技术的吸收谱线线型函数测量

在可调谐二极管激光吸收光谱技术中,直接吸收法通过对透射光强拟合可直接得到线型函数,但目前具有较高信噪比的波长调制法不能对其进行有效测量。提出一种基于多次谐波的线型函数测量理论及方法,通过谐波通项表达式推导出谱线中心频率处二次与四次谐波比值仅与线型函数和调制系数有关,当调制系数m为2.492 8时,无论线型函数中Gauss线宽和Lorentz线宽所占比例如何,二次与四次谐波比值均为2.186 2,根据该点的特征可首先得到谱线半宽,然后将其应用于弱吸收条件下2f/1f气体浓度免标法测量。实验中采用2 326.82 nm处谱线对CO浓度进行了测量,其结果与传统直接吸收法测量结果误差小于2%。文中为波长调制法中线型函数的精确测量提供了重要的理论依据,进一步完善了2f/1f免标法。     

波长调制光谱检测下限计算方法的研究

在基于波长调制光谱技术的大气痕量气体检测下限计算方法的研究中,全面准确地描述吸收信号及噪声的大小极为重要。为了探讨半导体二极管激光器在进行波长直接调制时伴随产生的残余振幅调制噪声对检测下限的影响,在理论推导中采用了一种同时考虑波长和振幅调制的二次谐波信号分析及提取方法,以二次谐波信号峰谷差值作为系统的检测信号,对可调谐二极管激光器吸收光谱检测系统的信噪比和检测下限进行了理论分析,取得了洛伦兹吸收线型条件下残余振幅调制噪声对系统信噪比和检测下限的影响的精确计算数据。结果表明,在吸收线的线宽较大的检测条件下,残余振幅调制噪声是影响检测下限的重要因素。     

激光多普勒流速测量技术

激光多普勒流速测量技术(LDA)是用来测量气体或液体流速的。这项技术与传统的测量技术相比具有显著优势，它可以精确测量许多不同粒子的速度，而不需要另外的仪器校正。这项测量技术是非侵入式的，具有很高的频率响应和大的动态范围。LDA技术常应用在蒸汽流测量、风洞湍流测量和内燃机燃料流测量当中。Compuscope 82G数据采集卡已被证明非常适用于LDA系统数据的采集、存储和传输。     

光热调制激光波长测量物体的微小振动

提出了一种新型半导体激光正弦相位调制干涉仪。使用此干涉仪测量了物体的微小振动。利用光热效应调制光源波长降低了光源光强变化引起的测量误差。模拟计算和实验结果证明了此干涉仪的有用性     

基于波长调制的数字滤波技术的降噪研究

基于吸收光谱的波长调制技术在气体检测方面已被广泛应用.波长调制技术测量得到的二次谐波信号会受到背景噪声及光学条纹等的影响,导致浓度测量下限较高.为了降低噪声的干扰,提高系统的信噪比,本文选取2.25μm处的吸收谱线对NH3进行理论分析和实验测量,采用小波变换和Gabor变换对二次谐波信号进行降噪处理.结果表明:Gabo...     

激光告警中一种波长测量技术

本文介绍德国MBB公司研究的一种利用光的干涉原理测量激光波长的方法，它具有结构简单、技术难度小等优点。     

激光告警中一种波长测量技术

本文介绍德国ＭＢＢ公司研究的一种利用光的干涉原理测量激光波长的方法，它具有结构简单、技术难度小等优点。     

利用波长调制光谱的燃烧场温度原位测量

针对高炉煤气成分复杂、燃烧效率低、燃烧稳定性差的问题,提出了基于波长调制光谱（Wavelength Modulation Spectroscopy,WMS）的高炉煤气燃烧场温度测量方法。WMS具有抗噪声能力强、测量精度高和灵敏度好的特点,适用于高炉煤气燃烧场的温度测量。基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的测量特点,以H2O为目标气体,选取波长位于1 391.67 nm和1 397.75 nm的吸收谱线,通过两个激光器时分复用的方式获取两条目标吸收谱线,对黑体炉和平面火焰燃烧炉进行温度测量,达到了实验验证的目的。实验结果表明,所提检测方案对高炉煤气所在500~2 000 K温度范围内都有较高的测量灵敏度,检测结果线性度优于99%。现场实验验证系统可满足高炉煤气的温度场测量等原位在线测量的应用,为后续的燃烧优化和节能减排奠定了基础。     

基于波长调制技术的内腔式气体传感研究

气体传感理论和实验研究已成为当今光纤传感领域的热点之一。波长调制法和有源内腔法是提高气体传感灵敏度的两种有效方式。结合上述两种气体传感方法,构建一个基于波长调制技术的内腔式气体传感系统。讨论气体吸收光谱二次谐波分量与气体浓度之间的函数关系,从理论和实验两方面确定系统的最佳参数。利用提取多条吸收谱线的二次谐波分量,采用平均算法进一步提高系统灵敏度,进行乙炔气体传感的灵敏度可达7.5×10-5。以光纤光栅作为波长参考,建立系统的波长-电压响应曲线,进而检测气体的吸收波长值。进行乙炔气体传感时吸收波长检测的绝对误差不超过0.445 nm。     

波长调制光谱技术中的激光控制器设计

设计了一种波长调制光谱技术中DFB半导体激光控制电路,该控制电路包括波长调制电路、波长扫描电路和TEC控制电路。通过使用晶振、二进制计数器、带通滤波器以及程控衰减器产生波长调制信号,使用D/A转换器产生波长扫描信号,并且使用NLD0531BPQ芯片对激光器内置TEC进行控制,最后通过CO二次谐波谱线测量。激光器控制电路的参数全部采用数字控制,并且可以通过单片机进行调整。实验表明,该控制电路具有较高的稳定性,其控制精度达到了0.01℃。     

基于波长调制技术的近红外甲烷检测仪

为了在煤矿环境中实时检测甲烷(CH4),利用中心波长为1.654μm的分布反馈(DFB)激光器,基于可调谐激光二极管吸收光谱法(TDLAS),实验报道了一种近红外(NIR)CH4检测仪。为了驱动DFB激光器并从差分信号中提取二次谐波信号,自主设计了激光器智能温度控制器、激光器扫描和驱动电路以及高性价比的锁相放大器,对各模块的性能做了测试和表征。利用各光学模块和电学模块,对系统进行了集成;为了得到其检测性能,开展了详细的CH4检测实验。结果显示,在0~100%的浓度范围内,相对测量误差小于7%,最小检测下限(MDL)为1.1×10-5。对两种标准浓度气体样品(浓度为1×10-3和2×10-1)的24h浓度测量结果表明,检测仪具有较好的稳定度,两组测量结果较真值的波动范围分别小于7.0%和2.5%。利用相似的检测机理和相同的硬件系统,通过更换其他波长的激光器,本文检测仪也可实现对其它气体的检测。     

亚波长超声环行器调制参数的寻优方法

针对亚波长超声环行器无法快速准确地确定一个更优的调制参数的问题,该文提出了一种自动寻找更优调制参数的方法。以隔离度、插入损耗、反射系数和交调积作为约束条件,定义一个目标函数,并通过这个目标函数确定更优的调制参数。此目标函数可自行根据需要进行适当修改,从而自动确定所需调制参数。利用定义的目标函数,通过Matlab绘制环行器的性能指标与调制参数关系图。结果表明,根据此方法确定的调制参数下,亚波长超声环行器隔离度高达37 dB,插入损耗低至0.3 dB,实现了快速准确地确定更优的调制参数,从而验证了所提出方法的可行性。     

正弦相位调制位移干涉测量技术中调制频率的优化选择

针对正弦相位调制(SPM)干涉测量技术用于位移测量时,调制频率对干涉信号相位解调的影响,提出一种调制频率的优化选择依据.通过对干涉信号的频谱进行分析,发现当被测位移幅度较小时,较小的调制频率即可满足相位解调的要求;而当被测位移较大时,必须相应地增大调制频率,才能获得比较准确的测量结果.模拟计算以及实验结果表明,被测位移信号的幅度每增大四分之一测量光源波长,调制频率需要相应增大4倍于被测信号频率的大小,才能满足正弦相位调制位移干涉测量技术信号处理的需要.     

可调波长半导体激光测量台阶高度方法研究

文章在分析台阶高度测量现状和背景的基础上,着重介绍了用半导体激光器实现台阶 高度的绝对干涉测量方案,提出以可调谐半导体激光器作为光源,采用可调合成波长链法实现纳米级精度毫米级量程的台阶高度测量,并详细分析了本方案的原理、误差。     

高超声速风洞下的双目视觉测量技术研究

针对高超声速风洞试验段内来流过强、总压总温过高导致的光学测量设备不易布局的问题,设计了一种适用于高超声速风洞的双目视觉测量系统布局方案及姿态测量方法.通过试验段内外布置的高速相机及LED光源,实现对测试模型六自由度数据的采集;为了验证布局合理性,利用静态试验加以验证,采用双目视觉系统中模型标志点技术解算模型位移和姿态信...     

燃煤电厂波长调制激光吸收光谱氨逃逸测量系统的参数优化研究

基于波长调制激光吸收光谱(WMS)技术的气体浓度测量系统是燃煤电厂氨逃逸监测的主要手段。调制深度的选择是影响波长调制激光吸收光谱测量信噪比的关键,设计NH₃分子吸收光谱调制参数优化的数值仿真试验,研究发现在200℃伴热条件下,WMS测量系统的最优调制深度为0.238 8 cm^-1。在-20～500℃的宽温度范围内,随着温度的提高,最优调制深度接近线性的降低,最优调制深度a_m与摄氏温度T之间的关系可以用公式a_m=0.291 8-3.265 14×10^-4T+2.282 14×10^-7T²精确地描述,该结果对燃煤电厂氨逃逸监测系统的调制参数优化具有重要的指导意义。