激光吸收光谱

摘要： 反射激波后的压力随时间推移往往呈现不稳定状态.该现象会对燃料的反应进程产生影响,是造成激波管测量数据和模拟结果存在偏差的主要原因之一.针对上述问题,基于激波管流动理论,计算了非反应气体反射激波后的压力演变过程,计算结果和压力测量结果吻合较好.为了分析中、高压条件下压力渐升过程对燃料反应进程的影响,利用激光吸收光谱技术测量了正庚烷氧化过程中温度和CO摩尔分数的演变过程;测量结果快于基于定容、定热力学能假设和定压、定焓假设的机理预测结果,说明压力渐升过程明显促进燃料反应;采用测量压力作为输入信号进行模拟,模拟过程更接近实际,可减少实验和模拟之间偏差造成的影响.

摘要： 介绍了基于中红外吸收光谱的高温条件下SO_(2)和SO_(3)同步测量技术。在该测量实验系统中,SO_(3)由SO_(2)与O_(2)在钒基催化剂作用下高温反应得到,并且在SO_(2)催化氧化过程中同步测量SO_(2)和SO_(3)的浓度,进而计算得到了该催化氧化反应的转化率随温度(550~1000 K)和压力(3~20 kPa)的变化关系。通过对SO_(2)和SO_(3)高温吸收光谱模型的修正,将测量的混合气体的耦合光谱成功解耦,分别得到SO_(2)和SO_(3)各自的吸收光谱和气体浓度。同时,在实验系统中还设计有冷却分离装置,将反应后的高温SO_(3)气体冷却吸收后测量剩余SO_(2)浓度,并对比验证同步测量得到的SO_(2)浓度的准确性。实验发现,当温度低于590 K时,无SO_(3)生成,但SO_(2)在催化剂表面有明显的吸附效应,且吸附率随压力上升而增大。当加热温度高于590 K时开始观测到SO_(3)生成,且反应转化率随温度升高先逐渐增大至92%(800 K),后随温度升高逐渐减小至3%以下(1000 K)。在每个测量温度下,反应转化率随压力升高呈对数增长趋势。

摘要： 采用2.32μm的可调谐二极管激光器(TDL)测量了一氧化碳(CO)气体v(0→2)振动带R转动带从R(4)至R(12)9条谱线在N_(2)为背景气下的碰撞展宽系数,且与HITRAN数据库对比并给出了谱线展宽系数随转动量子数的变化关系。本文通过采用WM-DAS方法提高实验信噪比,在不同压力(1~100 kPa)下采用Voigt(VP),Rautian(RP),Galatry(GP)和Speed-dependent Voigt(SDVP)模型对实验测量吸收率进行拟合并探究各类线型不同参数随压力的变化关系。本文还以R(10)谱线为例测量了该谱线在He,N_(2)和Ar为背景气下的碰撞展宽系数和压力频移系数,并探究了Dicke收敛系数和速度依赖性系数随压力变化的非线性关系,且通过定义残差-吸收峰值比,分析了不同背景气下R(10)谱线的收敛效应。最后,本文结合该波长范围内CO谱线的吸收强度、展宽特性和抗H_(2)O分子光谱干扰能力,推荐R(6)和R(10)两条谱线用于工业现场测量CO浓度。

摘要： 碱金属气室是原子磁强计、原子陀螺仪、原子钟等量子传感器的核心敏感元件,其内部的碱金属原子蒸汽通过与激光、磁场等相互作用,实现对物理量的高精度测量。实验室搭建了针对一类高温、高压碱金属气室的参数测试教学实验平台,该平台通过测量激光吸收光谱,获得气室内部缓冲气体的压强以及碱金属原子蒸汽的原子数密度。该平台使学生能够直接观察到激光与原子的相互作用,有助于学生加深对碱金属气室的理解以及培养学生的实验动手能力,同时也为研究生和本科生的相关课程提供了有力支撑。

摘要： 由于HITRAN数据库中NH_(3)在4296—4302 cm^(–1)范围的谱线参数主要源于理论计算,与实际情况存在差异.为了修正数据库中该范围内NH_(3)的谱线参数,本文利用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术和计量学理论,测量2—10 Torr(1 Torr=133.322 Pa)高纯NH_(3)在4296—4302 cm^(–1)范围内的吸收光谱,综合考虑压强、温度、气池光程、波数、线型拟合等主要影响因素,对NH_(3)在该波段的主要吸收谱线的线强和自展宽系数进行了反演和不确定度计算.测量得到的线强与同行最新测量结果偏差在20%以内,自展宽系数与HITRAN2020数据库偏差在14%以内,二者的不确定度范围分别为0.63%—2.7%和0.77%—5.4%,均小于HITRAN数据库中的不确定度范围10%—20%,测量的部分谱线光谱参数在HITRAN中没有记录,本文获得的结果对于补充和修正HITRAN数据中4296—4302 cm^(–1)范围NH_(3)的谱线参数具有参考意义.

摘要： 为解决目前TDLAS波长扫描直接吸收法测温领域存在的干扰吸收峰影响温度测量准确性的问题,提出了一种基于吸收光谱线型对称的积分吸光度计算方法,利用中心频率至无干扰吸收峰一侧频率范围的吸光度,根据对称性得到全频域的积分吸光度,以此来排除干扰吸收峰的影响,提高温度测量准确性。选取7185.6 cm和7444.4 cm两条HO吸收谱线,利用吸收光谱仿真数据在400~2600 K温度范围内选择8个温度点进行温度仿真计算,同时在实验室环境下搭建一套TDLAS测量系统,在573~1173 K温度范围内进行了管炉测温实验,并将吸收光谱线型对称积分吸光度计算法的测量结果与忽略干扰峰影响的单峰法的测量结果进行对比,结果显示:二者仿真计算温度的平均相对误差分别为1.11%和5.66%,实验测量温度的平均相对误差分别为1.02%和9%,验证了存在干扰吸收峰时根据线型对称性获取积分吸光度进行温度测量的可行性与准确性,为推动TDLAS温度测量技术发展提供了重要借鉴。

摘要： 在碳中和的国际大背景下,精确可靠地定量测量大气温室气体浓度对实现碳中和目标具有重要意义,开发测量结果可直接溯源至国际单位制SI的气体分析仪是精确可靠监测温室气体浓度的重要方法。可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是常用的气体浓度测量方法,根据比尔-朗伯定律,实现仪器的测量浓度直接溯源至SI的必要条件之一是可直接溯源的气池光程,气池光程的不确定度直接影响气体浓度的测量不确定度,对气池光程的可溯源精确测量有利于发展测量结果可直接溯源的气体分析仪。针对光程标称为81 cm的三次反射型气池光程可溯源测量需求,使用校准的米尺测量该气池光程得到的直接测量结果为(81.21±0.80)cm,较大的测量不确定度(0.80 cm)是综合考虑定位误差和三段光路与测量路径可能不重合导致的测量误差估算得到的。为了减小测量不确定度,本文搭建了TDLAS气池光程测量系统,测量系统以1576 nm分布式反馈激光器为光源,通过在激光控制器上加载斜坡扫描电压来测量待测气池内标准高纯二氧化碳(CO_(2),99.999%)在6344.68 cm^(-1)附近的吸收光谱,使用测量结果可直接溯源的压力传感器和温度传感器分别测量气池内的压强和气体温度,采用美国国家标准技术局最新测量得到的30012-00001跃迁带P 4e支线强(相对标准不确定度为0.15%)反演气池光程,使用二次速度依赖Voigt线型精确拟合不同气压(36~75 Torr)下的光谱吸光度信号获得对应气压的积分吸光度,全面分析各参量的测量不确定度及其传递过程,对不同气压下的积分吸光度进行线性回归分析,计算得到可直接溯源的气池光程为(81.61±0.42)cm,相对标准不确定度为0.51%,测量不确定度范围落在直接测量结果范围内,测量不确定度小于直接测量结果。本文气池的光路结构是多次反射长光程气池的简化,该系统同样适用于多次反射长光程气池光程的可溯源测量。

摘要： 介绍了一套高精度气体吸收光谱测量系统,并采用7.16μm的量子级联激光器(QCL)测量了甲烷(CH_(4))气体在该波长附近不同压力(5~30 kPa)和温度(290~1050 K)范围的光谱参数。同时,本文不仅测量了纯甲烷环境下的分子自身光谱参数,还测量了其在Ar, N和He三种不同相对分子质量的背景气下的各类谱线参数。实验发现,本文测量的甲烷谱线在不同环境下的碰撞展宽系数由大到小分别是:自身>N>Ar>He,四种环境下测量谱线的压力频移系数均为负数,及谱线压力频移与压力呈负相关,其绝对值由大到小排列分别为:自身>N>Ar>He,与碰撞展宽系数变化规律相同。本文对所有测量的谱线参数均计算了各自的不确定度且定量分析了各类不确定度的来源。

摘要： 可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)由于具有高灵敏度、高分辨率、非侵入及实时检测等特点,被广泛应用于燃烧诊断、痕量气体监测、工业过程控制等领域中.波长调制光谱(WMS)的二次谐波(2 f)检测是最常用的TDLAS气体传感方法之一.激光器作为TDLAS-WMS在线检测系统中最核心的部件之一,在长期运行过程中会由于其工作温度等因素变化,引起输出激光波长漂移和2f背景信号基线变化,从而导致气体浓度反演的精确度和TDLAS-WMS在线检测系统的稳定性降低.针对上述问题,根据NO气体分子在中红外波段5.176～5.189μm的基频吸收特性,选择峰值发射波长位于5.184μm的分布反馈式连续波量子级联激光器(DFB-CW QCL),分析了输出激光中心波长对应的峰值采样点位置随采样时间变化的漂移规律和2f吸收及其背景信号的漂移特性.基于上述分析,提出了以2f信号平均峰峰值替代2f信号峰值建立气体浓度反演模型以修正2f背景信号基线漂移,并结合以信噪比最优为2f背景信号波长漂移修正原则的2 f背景信号漂移综合修正方法,以消除TDLAS-WMS在线检测系统长期连续检测过程中2 f背景信号漂移对气体浓度反演结果的不利影响.研究结果表明,2 f信号平均峰峰值随配置的N O样气浓度的增加而增大,这两者呈现较好的线性关系,其拟合曲线的线性拟合度R2达到了0.9999.在使用体积浓度为20×10-6 NO气体样品开展的连续60 min监测实验中,波长漂移修正后,反演浓度的标准偏差由波长漂移修正前的0.19×10-6下降到了0.07×10-6,反演浓度的最大相对误差由波长漂移修正前的6.30％ 下降到了3.85％,相对误差均方值由波长漂移修正前的24.39％ 下降到了9.99％.结果显示,该2 f背景信号漂移综合修正方法可以有效地抑制2 f背景信号漂移对气体浓度反演结果的影响,显著提高了TDLAS-WMS在线检测系统连续监测的灵敏度、精确度和稳定性.

摘要： TDLAS是一种通过向二极管激光器施加调谐信号来核算其成分和状态信息,以此先后取得波长扫描和气态物质的吸收光谱的检测技能.它通常用于工业和环境范畴内的气体检测.具有分布式反馈的半导体激光器作为可调谐光源和用于点扫描的多反射单元的试验设备就是基于可调谐二极管激光吸收光谱和谐波检测的原理制造而出的.可调谐的二极管的激光气体检测技能可以有效检测烟气热交换器的微泄漏,其灵敏度高,抗干扰能力强.

摘要： 主要介绍了用于电推进等离子体诊断的激光吸收光谱(LAS)技术,简要描述了国外的LAS应用情况与测量装置,最后介绍了国外使用LAS技术获得的等离子体信息,包括粒子密度等,LAS测量的无干扰和高分辨率特点对于深入揭示推力器内在物理机理具有关键性的意义.

摘要： 本文主要介绍了激光吸收光谱技术的原理及该技术在燃气管网泄漏中的应用,激光吸收光谱技术检测甲烷具有反应速度快、抗其他可燃气体干扰能力强,安全性能高.

摘要： 可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术是利用二极管激光器的波长调谐特性,扫描待测气体特征吸收线,从而获得待测气体的浓度信息。介绍了在线式波长调制二次谐波(WMS-SH)气体检测技术,讨论了基于最小二乘法气体浓度反演算法,通过背景扣除去除二次谐波信号中的噪声,提高了信噪比和反演精度,并对最小二乘算法反演得到的甲烷浓度数据采取加权递推平均滤波和中位值平均滤波相结合的复合滤波算法,降低了脉冲干扰噪声的影响,提高了气体检测的灵敏度和精确度。

摘要： 氧气是煤矿环境中的一种重要气体,不但保障矿工的生命安全,而且用于火灾事故的预测.基于激光吸收光谱和光纤传感技术,提出了一种光纤氧气传感器.系统采用763nm波长的光纤耦合垂直腔表面发射激光器作为光源,基于赫利奥特多次反射池原理开发了一种的可长期稳定运行的光纤长光程检测气室.系统实现了0～100％的量程,稳定性小于0.1％,在煤矿自然发火束管系统应用中测试结果良好,满足实际应用的需求.

摘要： 本文介绍了中科院力学所高温气动实验室设计、建设的多通道-可调谐二级管激光吸收光谱(TDLAS)测量系统。其主要参数如下：谱线选取7185.597 cm-1、7444.37cm-1+7444.37cm-1(重合吸收线)两条H2O吸收线，采用分时扫描-直接探测策略,测量频率4kHz。该系统用于诊断超然冲压模型发动机,可同时得到燃烧室入口、烧烧室出口和燃烧室内某截面的气流静温、水蒸气分压和速度的截面分布,通过这些测量参数可以分析燃烧室入口气流参数特征、燃烧室的燃烧效率和燃烧特征及模态。

摘要： 本文利用建立的TDLAS 测量系统，应用于氢氧燃烧驱动Φ800 低密度激波管，进行了高超声速气流诊断实验。由于激波管区的气流速度，温度和水蒸气组分分压等参数和超燃燃烧台尾喷管出口气体状态较为接近。因此对激波管区水蒸气的测量模拟了对超燃台尾喷管气流的吸收诊断。

摘要： 机动车排放尾气成为很多城市大气质量恶化的主要原因之一,机动车尾气遥测系统利用可调谐二极管激光吸收光谱技术及其计算机自动识别技术可以在不影响车辆正常行驶的条件下,在道边对机动车尾气成份中的CO,CO2进行实时遥测.实验表明,基于该技术的尾气遥测系统可以迅速、方便地获得大量机动车的实时尾气排放数据和车辆信息,从而快速筛选出那些高排放的车辆.该系统是传统尾气检测方式的补充。

摘要： 氨气是大气酸性成分的主要中和剂，是影响区域空气质量、大气能见度以及酸性沉降的重要因素.研制了基于开放光程近红外可调谐半导体激光吸收光谱技术的大气NH3浓度连续监测系统，并对北京城区大气NH3浓度在夏季和冬季分别进行了两次连续检测.检测结果表明，北京城区大气具有较高NH3浓度，且具有明显的日变化周期特征，基本特点是白天浓度低，夜晚浓度高且变化相对平缓，机动车尾气排放可能是其主要来源.

摘要： 结合吸收光谱的视线(line-of-sight)测量特性和计算机断层扫描技术,本文详细讨论了二维重建方法,包括燃烧场离散化的原则并提出了权修正代数迭代算法(Weight Revising Algebra Reconstruction Technique,WR-ART).该算法中加入了场分布的先验信息,即权向量(weight vector),具有代表性的算例显示该算法在不完全投影条件下求解线性方程组的优势.预设燃烧场温度和水分子浓度成双峰Gauss分布,温度和浓度的重建图像的精度分布超过5％和10％,明显优于传统的代数迭代算法.

摘要： 结合吸收光谱的视线(line-of-sight)测量特性和计算机断层扫描技术,本文详细讨论了二维重建方法,包括燃烧场离散化的原则并提出了权修正代数迭代算法(Weight Revising Algebra Reconstruction Technique,WR-ART).该算法中加入了场分布的先验信息,即权向量(weight vector),具有代表性的算例显示该算法在不完全投影条件下求解线性方程组的优势.预设燃烧场温度和水分子浓度成双峰Gauss分布,温度和浓度的重建图像的精度分布超过5％和10％,明显优于传统的代数迭代算法.

摘要： 用于激光吸收光谱技术的吸收光程延长的装置及方法，属于气体测量领域，本发明为解决现有的激光吸收光谱技术吸收光程延长方法所导致的气体容器体积大、检测响应速度慢的问题。本发明装置包括气体池、多孔材料芯、探测器、一维平移台和放大器，吸收光程延长方法为：在一维平移台带着探测器移动的方向上建立一维坐标系，该一维坐标系的原点为探测器初始位置，驱动一维平移台带着探测器自初始位置点开始移动了n个位置点，每个位置点的坐标为Xi，测量探测器在第i个位置对应的吸收光程为Leff(Xi)，根据n个位置点及其对应吸收光程，通过二次多项式拟合获得吸收光程Leff(Xi)与探测器位置坐标x的关系式f(x)＝Leff(x)，进而通过调整探测器的位置来达到预期的吸收光程。

摘要： 优化激光吸收光谱仪中的激光装置的第一激光参数的操作值。通过第一或第二激光参数调整激光装置发射的光的波长。所述激光吸收光谱仪包括光强度检测器，其测量来自所述激光装置的激光的强度。对于所述第一激光参数的多个值中的每一个：所述光强度检测器测量跨越第二激光参数值的范围获得的光强度，并且识别光强度量度中的极值和所述极值的峰位置。在所述第一激光参数的值内识别第一激光参数值的这样的范围，对于所述值范围，随着所述第一激光参数的改变，所述识别的峰位置的改变存在连续趋势。将所述第一激光参数操作值设置成在所述识别的范围内。

摘要： 本发明公开了一种可调谐半导体激光吸收光谱中激光器温度补偿装置，包括有ARM芯片，与ARM芯片连的有温度采集及滤波模块和电源转换模块，所述的ARM芯片依次通过DAC芯片及滤波模块和激光器温控驱动与DFB激光器连接，ARM芯片依次通过激光器调制模块和激光器电流驱动与DFB激光器连接。本发明采用低温漂元件，减小了元器件温漂对激光器波长的影响，整个装置集成度高，体积和功耗比较小，有利于系统的集成和小型化，装置响应速度快，精度高，能够在1s时间内对激光器波长的变化进行修正补偿。

摘要： 本发明公开了一种可调谐半导体激光吸收光谱系统，主要包括包括用于产生信号光的光源发生模块、供所述信号光射入后往复的多镜光通池以及对所述多镜光通池进行监测的信号处理模块，通过将信号光射入往复的多镜光通池内，在保证系统便携性的同时，提高气体多通池的有效吸收光程，实现痕量气体的高灵敏度探测。

摘要： 用于激光吸收光谱技术的吸收光程延长的装置及方法，属于气体测量领域，本发明为解决现有的激光吸收光谱技术吸收光程延长方法所导致的气体容器体积大、检测响应速度慢的问题。本发明装置包括气体池、多孔材料芯、探测器、一维平移台和放大器，吸收光程延长方法为：在一维平移台带着探测器移动的方向上建立一维坐标系，该一维坐标系的原点为探测器初始位置，驱动一维平移台带着探测器自初始位置点开始移动了n个位置点，每个位置点的坐标为Xi，测量探测器在第i个位置对应的吸收光程为Leff(Xi)，根据n个位置点及其对应吸收光程，通过二次多项式拟合获得吸收光程Leff(Xi)与探测器位置坐标x的关系式f(x)＝Leff(x)，进而通过调整探测器的位置来达到预期的吸收光程。

摘要： 本发明涉及激光气体分析仪技术领域，具体为一种基于半导体激光吸收光谱DLAS技术的激光分析仪，包括激光分析仪，激光分析仪是由接收板、激光管和控制主机组成，接收板的上端面设置有氮气罐，接收板的左侧设置有调温箱，接收板的右侧插接有中转管，有益效果为：本发明通过在分析仪的前端设置有调温箱，利用水流实现对气体进行降温，使得气体的温度适配于分析仪的工作温度，同时利用第一电磁阀和温度计的检测实现对气体温度的实时监控；通过在激光管和接收板之间设置中转管，利用中转管实现内部气体的置换和激光后侧位置的便捷封闭，从而实现内部无氧测量，不仅提高了检测的精度，同时大大增强安全性，同时实现气体的在线测量，减少取样的工序。

摘要： 优化激光吸收光谱仪中的激光装置的第一激光参数的操作值。通过第一或第二激光参数调整激光装置发射的光的波长。所述激光吸收光谱仪包括光强度检测器，其测量来自所述激光装置的激光的强度。对于所述第一激光参数的多个值中的每一个：所述光强度检测器测量跨越第二激光参数值的范围获得的光强度，并且识别光强度量度中的极值和所述极值的峰位置。在所述第一激光参数的值内识别第一激光参数值的这样的范围，对于所述值范围，随着所述第一激光参数的改变，所述识别的峰位置的改变存在连续趋势。将所述第一激光参数操作值设置成在所述识别的范围内。

摘要： 本发明公开了一种可调谐半导体激光吸收光谱中激光器温度补偿装置，包括有ARM芯片，与ARM芯片连的有温度采集及滤波模块和电源转换模块，所述的ARM芯片依次通过DAC芯片及滤波模块和激光器温控驱动与DFB激光器连接，ARM芯片依次通过激光器调制模块和激光器电流驱动与DFB激光器连接。本发明采用低温漂元件，减小了元器件温漂对激光器波长的影响，整个装置集成度高，体积和功耗比较小，有利于系统的集成和小型化，装置响应速度快，精度高，能够在1s时间内对激光器波长的变化进行修正补偿。

摘要： 本实用新型公开了基于可调谐激光吸收光谱技术用激光器，包括激光器本体，开设在激光器本体表面的散热槽，所述激光器本体的表面套设有防护罩，所述防护罩的表面开设有若干个与散热槽错位排列的通风孔，所述激光器本体的右侧设置有用于拉动防护罩位移的结构，用于拉动防护罩位移的结构是固定在激光器本体内部的电磁铁。本实用新型通过用于拉动防护罩位移的结构带动防护罩进行移动，能够达到根据激光器本体的运行状态对散热槽进行灵活起闭，解决了但是现有的半导体激光器不具备在停止工作后对散热孔洞进行密封的效果，外部灰尘容易因激光器内外压差被吸入激光器的内部，严重影响了激光器运行稳定性的问题。

摘要： 本实用新型涉及激光气体分析仪技术领域，具体为一种基于半导体激光吸收光谱DLAS技术的激光分析仪，包括激光分析仪，激光分析仪是由接收板、激光管和控制主机组成，接收板的上端面设置有氮气罐，接收板的左侧设置有调温箱，接收板的右侧插接有中转管，有益效果为：本实用新型通过在分析仪的前端设置有调温箱，利用水流实现对气体进行降温，使得气体的温度适配于分析仪的工作温度，同时利用第一电磁阀和温度计的检测实现对气体温度的实时监控；通过在激光管和接收板之间设置中转管，利用中转管实现内部气体的置换和激光后侧位置的便捷封闭，从而实现内部无氧测量，不仅提高了检测的精度，同时大大增强安全性，同时实现气体的在线测量，减少取样的工序。