激光吸收光谱法检测CO气体的研究课题讲解

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可调谐半导体激光吸收光谱法监测燃烧过程中CO浓度的变化

池，经过１０次反射后，１光程达到４．９５ｍ，由多次发射池出
射的光束经平面反射镜反射后经过１ｍ长的参考池到达自０ｃ平衡探测器的信号光进光口。自平衡探测器把光信号转换成电信号并由线性输出端口输出，输出信号进入锁相放大器，
由安装在计算机上的数据采集卡进行采集，并对采集到的信号进行积分平均。本实验使用３０次平均，由计算机对采集到的信号进行处理得到Ｃ的浓度值。喷灯位于多次反射池的Ｏ
第１期１
束光通过自聚焦透镜入射到自平衡探测器的参考光进光口，另一束光经过自聚焦透镜进入Ｈｅｒｔ构的多次反射ｒｉ结ｏ
ＣＯ浓度进行实时在线测量，这就使得传统采样的气体检测方法如气相色谱法＿、湿化学方法等难以满足测量要求。３］
摘
要
可调谐半导体激光吸收光谱技术（ｎｂｉｅａｅａｓｒｔｎｐｃｏｃｐ，ＤＡ）ｔａｌｄｄｓｒｂｏｐｉｅｒｓｏｙＴＬＳ是利用二极ｕｅｏｌｏｓｔ
管激光器的波长调谐特性，获得被选定的待测气体特征吸收线的吸收光谱，而对待测气体进行定性或定从量分析。它具有高灵敏、高分辨以及快速检测等特点，已经广泛用于大气中多种痕量气体的检测以及泄漏气体的检测，也是在燃烧环境下对气体进行非侵入式实时测量的理想方法。ＴＬＤＡＳ技术与开放式的多次反射池相结合，并利用自平衡探测加波长调制的新型检测方法，测量了酒精喷灯燃烧过程中产生的ＣＯ浓度，从

采用激光吸收光谱测量高温条件下CO体积分数及其影响因素的研究

ＩｎＳｉｔｕＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｏｆＣＯｉｎＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＧａｓｅｓＢａｓｅｄｏｎＴＤＬＡＳａｎｄＡｎａｌｓｉｓｏｎＲｅｌｅｖａｎｔＩｎｆｌｕｅｎｃｉｎＦａｃｔｏｒｓｙｇ
［］［］Ｕｓｃｈｕｌｔｅ３、ＺｈｏｕＸ等４对实验室中平面火焰燃ｐ烧气体产物的体积分数进行了在线联合测量；［］ＷａｎＪ等５对燃烧火焰的温度进行了在线分析；ｇ［］Ｈｏｌｅｒ等６将可调谐半导体激光吸收光谱技术应ｇ
（）浙江大学能源清洁利用国家重点实验室，杭州３１００２７摘要：采用中心波长位于２．结合扫描波长直接吸收法，对高温条件不同３μ ｍ的半导体激光器，工况下的Ｃ分别研究了压力和温度对谱线线宽和吸收线强的影Ｏ气体谱线吸收特性进行了测量，响．结果表明：随着压力的提高，谱线宽度逐渐增加，选择的激光器需要有足够宽度的扫描范围，）谱线高压下独立性好，不与周围干扰谱线发生叠加，是理想的Ｃ通过消除Ｒ（３０Ｏ测量吸收谱线；背景信号的方法可减少颗粒对谱线吸收测量精度的影响；所选波段的谱线在高温时（有０００Ｋ）＞１可以得到直接吸收（信号，避免了采用调制技术带来的复杂性，为研究各种因素的足够的线强，ＤＡ）影响提供了便利．关键词：可调谐半导体；激光吸收光谱；ＣＯ；在线测量；燃烧参数

应用激光质谱法选择探测一氧化碳

第18卷第2期原子与分子物理学报Vol.18，(.22))1年*月+,-./0/1234.56275829-+5.:926/+3654;,<0-+05=>.，2))1文章编号：1)))?)@A*（2))1）)2?)1B)?)@应用激光质谱法选择探测一氧化碳=章莲蒂，魏杰，夏柱红，张冰（中国科学院安徽光学精密机械研究所激光光谱开放实验室，合肥2@))@1）摘要：此文解决了激光质谱法中从含同质量数的.2分子的混合气体中选择+2分子这一问题，由于用紫外2AA CD激光不能从含.2分子的混合气体中选择+2分子，因此采用了可见激光来探测，发现用可见激光*@)E*@B CD的激光能成功地将+2分子选择探测出来。

此外还着重分析了在可见波段和2AA CD激光下产生+2F离子的机理：在可见光波段**@.BB CD所对应的共振峰是+2分子吸收@光子的激光能量与A1∏态的振动量子数为2的振动态共振产生的；*@*.@CD所对应的共振峰是+2分子吸收@光子的激光能量与A1∏态的振动量子数为@的振动态共振产生的；+2分子吸收两光子的2AA CD激光能量与A1∏态第G振动态的某一高转动态相共振，处于该振动态的+2分子再继续吸收一个光子的2AA CD激光的能量至其电离态电离产生+2F离子。

关键词：激光质谱法；飞行时间质谱；一氧化碳中图分类号：2*@2.1F2文献标识码：51引言一氧化碳（+2）与血红蛋白的亲和力为氧的近@))倍，削弱血红蛋白向人体各组织输送氧的能力，其中神经中枢受损最大，严重时可致人死亡。

它的主要来源是：燃煤、汽车。

由汽车发动机排放出的废气中+2引起中毒危险特别大，一个小发动机所产生的+2足以使逗留在密封汽车间的人B分钟内死亡［1］。

+2测定方法有非分散红外法（国家标准法），此方法易受+22和水蒸汽的干扰，此外还有气相色谱法和汞置换原子吸收法等［1］。

近几年来国外用共振多光子电离（4/9;-）加飞行时间（827）质谱的方法探测污染气体中各种不同的成分，他们将此方法称作激光质谱法（6HIJ>DHII I=JKL>oDJL>M）［2E*］。

大气中一氧化碳的检测方法

大气中一氧化碳的检测方法一氧化碳（CO）是一种无色、无臭、无味的气体，但它具有强大的毒性。

在环境中的高浓度CO会对人体健康造成严重的影响，甚至导致死亡。

因此，对大气中CO浓度的准确检测非常重要。

在本文中，我将介绍几种常用的大气中CO检测方法。

1.传统检测方法：传统的大气中CO检测方法主要依靠化学分析技术来实现。

其中一种常用的方法是使用催化剂将CO与空气中的氧气反应生成二氧化碳（CO2），然后利用红外光谱仪测量CO2的吸收峰值来确定CO的浓度。

这种方法需要专业的仪器和设备，并且对样品的处理过程比较繁琐。

2.气体传感器检测方法：随着科技的发展，气体传感器逐渐成为一种常用的CO检测方法。

目前市场上有许多种类的CO传感器可以选择，包括电化学传感器、红外传感器、半导体传感器等。

这些传感器能够快速、准确地检测大气中的CO浓度，并且具有成本低、使用方便等优点。

然而，这种传感器需要周期性的校准和维护，否则会影响测量结果的准确性。

3.激光吸收光谱检测方法：近年来，激光吸收光谱（TDLAS）技术在大气中CO检测中得到了广泛的应用。

这种方法利用激光光源产生特定波长的光束，通过检测光束经过样品后的强度变化来确定CO的浓度。

TDLAS技术具有高灵敏度、高选择性和快速响应的特点。

它能够实时监测大气中的CO浓度，并且对其他气体的干扰较小。

4.无人机遥感检测方法：无人机遥感技术是近年来发展起来的一种新型CO检测方法。

无人机可以搭载CO传感器，通过飞行在大气中进行CO浓度的实时监测。

这种方法具有测量范围广、数据采集快速、操作灵活等优势。

然而，无人机遥感技术的成本较高，需要专业的培训和操作人员。

综上所述，大气中CO的检测方法有传统化学分析、气体传感器、激光吸收光谱和无人机遥感等方法。

不同的方法有不同的优缺点，需要根据实际需要选择合适的方法。

随着科技的进步和创新的不断出现，相信未来还会有更先进、更准确的CO检测方法出现。

基于光纤激光器和光声光谱的气体检测

基于光纤激光器和光声光谱的气体检测
利用激光光谱技术对气体浓度检测,在工业过程控制,环境污染监测,医疗诊断领域中近年来获得了关注。

能够匹配气体吸收线的激光光源是一个关键因素。

光纤激光器在激光吸收光谱领域越来越多的被使用,因为它们有很宽的可调波长范围能够覆盖很多种气体的吸收峰。

本文讨论了基于光纤激光器技术用于气体检测的三种方法。

利用压电陶瓷控制FBG的可调谐激光器,实现了波长调制技术。

同时利用气室和M-Z干涉仪的组合实现了主动滤波的功能,可以用于主动锁定气体吸收峰的光源的实现。

两种方法都用于了实际检测气体浓度值的测量中。

另外我们根据实验中观测到的波长漂移现象,利用气体作为带阻滤波器和一个带通滤波器组合得到了用于实现可调双波长的滤波器。

光声光谱技术正在广泛的应用于微量气体检测的领域,基于石英音叉的光声光谱技术有助于提高传统光声光谱技术的探测灵敏度和效率,因而受到越来越多的关注。

对于音叉谐振频率部分,通过具体实验测量,着重研究汞蒸气浓度与音叉谐振频率的相互作用。

利用激光吸收光谱测量火焰中的碳烟颗粒浓度、温度以及气体浓度

利用激光吸收光谱测量火焰中的碳烟颗粒浓度、温度以及气体浓度燃烧过程是化学反应和物理变化耦合的极其复杂的反应系统,对燃烧过程中的温度、气体组分浓度以及碳烟颗粒浓度等多种关键参数实现准确可靠的在线监测,以及对多种参数空间分布的同时测量与重建,对优化燃烧系统设计、提高能量利用效率等有着重要的现实意义。

此外,对燃烧过程中的多种关键参数实现同时在线监测,对理解燃烧过程中的碳烟等污染物的生成机理也有着非常重要的帮助。

在此背景之下,本文开展了火焰中气固两相多种参数同时测量以及燃烧场中多种参数空间分布重建的研究,并且将新型的多参数同时测量方法应用碳烟颗粒生成的相关化学反应机理研究中。

本文首先对研究过程中的分子吸收光谱技术的基本原理及各重要参数进行了详细阐述。

对基于吸收光谱技术的不同测量方法的特点及其适用范围进行了讨论,包括扫描波长直接吸收测量方法、固定波长直接吸收测量方法以及波长调制测量方法等。

此外,还详细介绍了用于固体颗粒测量的Mie散射理论及其近似求解方法Rayleigh散射理论。

其次,研究了对高温环境下多种气体的温度和浓度的同时测量。

选择位于4996 cm-1附近的CO2吸收谱线作为本实验研究过程中高温下CO2温度和浓度同时测量的目标谱线对。

对吸收池内不同温度工况（873 K～1273 K）下不同CO2浓度（4%～10%）的CO2/N2混合气体的温度以及CO2浓度的进行了同时在线测量,温度值与设定温度值相比,平均偏差为2.07%,峰值偏差为3.49%;测量得到CO2气体浓度值与配比浓度值相比,平均偏差为2.25%,峰值偏差为4.75%。

基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统研究

基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统研究近年来，气体检测技术在环境监测、工业生产、安全保障等领域得到了广泛应用。

其中，基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统由于其高精度、高灵敏度和快速响应等特点而受到了研究者的关注。

红外激光吸收光谱技术是基于分子物质对红外辐射产生吸收和发射的原理进行气体检测的一种方法。

红外激光可以通过调整其波长，选择适合被检测气体的特征吸收线，从而实现气体的精确检测。

对于大气环境中常见的一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等有害气体，红外激光吸收光谱技术能够提供高精度的定量测量结果。

此外，红外激光吸收光谱技术还具有实时性强、非接触式探测等优点，在被检测物质浓度变化较快的情况下表现出较好的适应性。

在构建基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统时，一般包括光源、光学系统、探测器和信号处理等组成部分。

光源是红外激光的产生装置，常用的有半导体激光器、红外激光二极管等。

光学系统的作用是将光源发出的激光通过聚焦、分束等方式将其引导到检测区域。

探测器是光信号的接收器，将光强信号转化为电信号。

信号处理部分则对接收到的电信号进行分析和处理，得到气体浓度信息。

在实际应用中，基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统可以用于工业安全监测、环境保护等方面。

例如，工业生产过程中常常会释放出一些有害气体，如苯、甲醛等。

通过布置红外激光吸收光谱传感器，可以及时监测这些有害气体的浓度，当浓度超过一定阈值时，及时发出报警信号，保障工作人员的生产安全。

同时，红外激光吸收光谱技术还可以用于环境监测。

城市中的汽车尾气、工业排放等会导致空气中有害气体浓度的变化。

通过在定点或移动设备上部署气体检测系统，可以实时监测环境中有害气体的浓度，及时采取措施改善环境质量。

虽然基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统已经取得了很大的应用进展，但仍然存在一些挑战和需要解决的问题。

首先，红外激光吸收光谱系统成本高、体积大，限制了其在实际中的应用范围。

基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统研究

基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统研究本论文课题来源于中国国家自然科学基金项目“新型红外瓦斯和一氧化碳检测仪的研究”、美国xx部项目“xxx”。

研究了基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统,采用了可调谐二极管激光吸收光谱技术和腔增强吸收光谱技术研制了四套气体检测系统,检测了甲烷、乙炔、水汽、甲醛等气体。

详细介绍了各检测系统的结构和原理,测试了系统的灵敏度、响应时间和稳定性等参数。

第一章引言部分介绍了甲烷、乙炔、甲醛等气体的应用和危害,监测这些气体的浓度对于安全生产和环境保护具有重要的意义。

介绍比较了几种常见的气体检测方法:电化学法,催化燃烧法,气相色谱法和红外吸收光谱法。

如红外吸收光谱法的优缺点:灵敏度高、响应速度快、寿命长、可以非接触式测量等,可以广泛应用于工农业生产、环境监测、医学诊疗和军事等领域。

介绍了红外气体检测技术的种类、国内外发展现状和趋势。

包括直接吸收光谱技术、光声光谱技术、腔衰荡光谱技术、腔增强吸收光谱技术和波长调制光谱技术等。

第二章是红外激光吸收光谱技术的理论部分:分子光谱理论和朗伯-比尔定律。

气体分子红外吸收光谱产生的原因是分子内部振动能级和转动能级的跃迁,不同种类的气体分子具有不同的吸收谱线位置和强度,气体分子的光谱特征确保了红外气体检测技术的选择性。

根据朗伯-比尔定律,待测气体分子对特定波长光强的吸收量与气体浓度有关。

第三章主要介绍了基于近红外分布反馈半导体激光器(DFB激光器)和可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的乙炔检测系统,详细介绍了系统结构及检测性能。

设计的电路部分包括高精度、高稳定性的DFB激光器驱动器,数字正交锁相放大器以及光电探测电路。

驱动器的温控模块采用积分分离式数字比例积分微分算法,温控过程快速平稳,长期工作波动为±0.01oC,长期稳定性高;设计的数字正交锁相放大器以数字处理器芯片为核心,硬件电路简单、体积小、便于集成。

比较了减法预处理电路和除法预处理电路两种信号处理方式,通过实验发现,采用除法预处理电路时,系统具有较低的检测下限。

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response(faster than few millisecondand low detection limitation(100ppbv,and it could be easily assembled to a portable gas monitor.Furthermore,Ne—arinfrared light source and detector are chosen in the pared to traditional m—idinfrared apparatus,the total cost of these devices can be cut down.Optical fiber can be used to
获得被选定的待测气体特征吸收线的吸收光谱 ,从而对污染气体进行定性或者定量
分析。在大气痕量气体和气体泄漏的监测中 ,为了提高探测的灵敏度 ,一般会根据具
体情况对激光器采取不同的调制技术如波长调制、振幅调制、频率或者位相调制等
,
同时和长光程吸收池相结合使用 ,并辅之以各种噪声压缩技术。 TDLAS 不仅精度较
年月日
目录
摘要 (2
英文摘要 (2
第一章第三章红外吸收原理及优点 (8
第四章 CO 的吸收谱线 (11
第五章可调谐二极管激光红外吸收光谱实验原理 (14
第六章可调谐二极管激光吸收光谱实验装置 (19
第七章结论 (24
参考文献 (25
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的波长调谐特性 ,
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。本文介绍了一套可调谐二极管激光吸收光谱检测大气
中一氧化碳浓度的实验装置 ,这套装置具有灵敏度高、检测限低 (ppb 量级、易于集
成为便携式痕量气体检测仪等优点 ,系统选用近红外光源和探测器 ,与传统的中红外波长工作器件相比 ,成本得以降低。近红外波长光信号利用光纤传输 ,替代了传统的复杂光路系统 ,使器件结构小型化。若激光器的调谐波长范围能覆盖 1.3—1.8 μｍ或者在光路中装配几台窄范围可调偕激光器实现波长扫描范围覆盖
毕业论文 (设计
可调谐二极管激光吸收光谱法检测 CO 气体的研究 The Study of Remote Sensing CO Concentration Based on Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy
姓名与学号 3021121123 指导教师年级与专业 10 级信息工程所在学院和系信息学院光电系毕业论文 (设计任务书一、题目 :可调谐二极管激光吸收光谱法检测 CO 气体的研究二、指导教师对毕业论文 (设计的进度安排及任务要求 : 起讫日期 200 年月日至 200 年月日指导教师 (签名职称三、系、研究所审核意见 : 负责人 (签名
transmit near—infrared optical signal instead of traditional complex system,then the structure would become miniaturization.if the laser wavelength could be tuned in covering the range of 1.3-1.8 μ m or installing few narrow DFB tunable lasers to cover the range of 1.3-1.8 μ m,simultaneous monitoring of the major atmospheric pollution gases including C02、CH4、CO、CH20、H2S、NH3 、HCI 、C2H2 and so on could be realized.
1.3— 1.8 μ m则, 可同时实现对大气中诸多重要痕量气体如 CH20、 H2S、NH3 、HCI、 C2H2 等的同步监测。
C02、CH4、CO、
关键词 :光谱学 ;可调谐二极管激光 ;怀特池 ;一氧化碳 ;大气质量监测
Abstract
Tunable diode laser absorption spectroscopic(TDLAS technology applies the wavelength tunable characteristics of diode lasers to gain the absorption spectroscopy of the selected absorption line of the target gas for the qualitative and/or quantitative analysis of the pollution gases in air.In order to get the required sensitivity in trace gas monitoring and gas leak detection, based on the idiographic requirements it generally needs to adopt different laser modulation techniques like wavelength modulation,amplitude modulation,frequency or phase modulation and so on,with combination of long path absorption cell and assistance of various noise suppression techniques.TDLAS has significant advantages not only in sensitivity and high selectivity but also in rapidity of response.It has been extensively utilized in monitoring of various pollution gases in troposphere and atmosphere,and also in location the source of toxic or hazardous gas leak.The article introduce a TDLAS—based instrument recently developed by our group for the measurement of CO in atmosphere.This instrument possesses advantages of fast