气体浓度论文：气体浓度 Sagnac效应 腔衰荡技术 数学形态学滤波 衰荡时间
基于卡尔曼滤波理论的气体浓度反演算法
ａ ｏ ｔｍ ｒ ａ ｏ ｃｎｒｔ ｎｒｃｖ ｒ ｒ ｅ ｅｌ ｒ ｓ ｅｅ ｅ ＡＳｓｓ ｍ ｄｌｓ ｕｊｃ ｃｒ ｉｔ ｓ ｌ ｒｈ ｆ ｓ ｎ ｅｔ ｉ ｏ ｅｙｆ ａ ｗｏ ｄｃ ｅ １ ｇｉ ｏｇ ｃ ａｏ ｅ ｏ ｔ ｒ ｌ ａ ｗｈ ．ｔ ＤＯ ｔ ｍｏ ｅ ｉｓｂｅｔｏ ｎ ｅａｎ ｅ． ｈ ｈ ｙｅ ｔｕ ｔ ｉ
第３ ５第 １ ２期
２０ 年 ｌ ０８ ２月
光 电工 程
Ｏｐ ｏ Ｅｌｃ ｒ ｎ ｃＥ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｔ － ｅ ｔ ｉ ｎ ｉ ｅ ｒ ｏ ｎ
Ｖｏ ．５ Ｎｏ．２ １３ ， １
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文 章编 号 ： １０ —０ Ｘ ２０ ）２ ０ ５— ５ ０ ３５ １ （０ ８ｌ—０ ４０
ｈ ｔ ｄ ｉ ａ ｅ ｎ ｔ ｏ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｏ ｃ ｎ ｒｔｏ ｅ ｏ ｓ ｃ ｉ ｓａ ｒ ｇ ｌｒｚ ｔ ｒ ｂ ｅ ｗｈ ｒ ｙ ａ ｃ Ｔ ｅ ｍｅ ｏ ｓｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ｆ ｒ ｌｔｏ ｆｃ ｎ ｅ ｔａｉ ｎ ｒｃ ｎ ｔｕ ｔ ｎ ａ ｅ ｕ ａｉ ａｉ ｎ ｐ ｏ ｌ ｍ． ｅ ｅｔ ｅｄ ｎ ｍｉ ｈ ｈ ｒ ｏ ｏ ｈ ｃ ａ ｇ ｆ ｇ ｓ ｃ ｎ ｅ ｔ ｔ ｎｉ 仃ｅ ｔｄ ａ ａ ｔｔ ｑ ａ ｉｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｈ ｎ ｅ ｏ ａ ｏ ｃ ｎｒ ｉ ａｏ ｓ ａ ｅ ｓ ｓａｅ ｅ ｕ ｔ ｎ ａ ￣ ｍｅ ｔ ｆ ＤＯＡＳ ｉ ｓ ｄ ｔ ｆ ｒ ｔ ｅ ｏ ｈ ｓ ｕ ｅ ｏ ｏ ｍ ｈ
的反 演精度 。最后通 过实验对 最小二 乘算法和卡 尔曼滤波算法进行对 比，证 明卡 尔曼滤波算法更具优越性 。 关键 词：差分吸 收光谱技 术；卡 尔曼滤波；最小二 乘法
基于连续波激光器衰荡腔吸收光谱的痕量气体探测方法
该测 量通常选择 连续波激光激发衰荡腔光谱测量方法是一 在离分子 吸收频率较远 的频段 ， 峰值频率 ｖ 和在 种基于吸 收光 谱先进的 ， 高度敏感的技术 ， 最普 处 的衰荡 时间。浓度 Ｎ可以从 下面的公式计算 遍 的重 要痕量物质的光锂检测方法。 ｝ 在气相中 ， 个物种 的光谱 由许 多尖锐的旋转线 （ 一种分 Ｒ ｍ ｎｎ 和 Ｌｈ ａｎ ｏ ａｉｉ ｅｍ ｎ 的计 算表 明 ， 衰荡 子 “ 纹”， 高选 择性 。大 多数 分子都在从 指 ） 提供 紫外到红外范 围 ， 以定量测量技术 的使用 连 腔 吸收池（ Ｄ ） 可 Ｒ ｃ 的可被 视为具有有效 的路径长 度 为 １Ｒ， 中 Ｒ是反射镜的反射率 。 一） 其 由于反 射镜反射 率市售今天在 ９． ９ 日 ９ ９％ ，有效 的吸收 ９ 比尔定律给出了气体分子的吸收关系 ： 池 光路径长度增加 了 １５ 相对于传统 的相 同 ０倍 ，） ＩＶｅ （ｃ） ＿ （＝ｏ ）ｘ 一（。 Ｌ ｖ （。ｐ ＶⅣ ） （ 物理尺寸吸收池。因此是 １－０ 公里 的吸收光 １ ） ０ １０ 其 中 Ｉ１ 频率 为 ｖ ｆ ｖ 是 的光通 过样 本后 的光 程长度在长度为一米 的吸收池中实现 。这可突 强度 ； 是光 未通过样 本的强度 ； Ｉ 是特定 分子 破了传统 的“ 多通 ” 吸收池 ， １－０ 米的有效 在 ０ １０ 吸收频率 为 ｖ 的光吸收截 面 ； Ｎ是他们 的粒子 路径长度是实际的限制。 数密度 ， 这是绝对浓 度成正 比， Ｌ 而 是光 通过样 在连续波激光激发衰荡腔光谱法发展 的早 激发源为一 纳秒量级脉 冲染料激光器日 。这 品 的路径 的长度。显然我们有 比尔 定律 可 以得 期 ， 出， 了最大 限度地提高灵敏度 ， 为 要选择 具有大 提供 了— 个方便 的在实验室光源 ，但不适用 于 的 吸收 截面的分子样本 ，以及尽可 能的最长 的 工业应用 的实 际。莱 曼发现连续激光源也可 以 路径长度为 Ｌ尽可能最小的（ ￣ 。 的吸 在激光激发衰 荡腔光谱法使 用罔 ， ＡＩ ／ 传统 Ｉ ｃ事实上 ， 从单 收光谱 法仪 器 的物理 尺寸 限制 了路径 长度 Ｌ 。 模式 的光 ，连续激光 器耦 合到衰荡腔 比脉 冲 您可 以通 过采 用 “ 多次通过 ”的气体 池 ，例如 激光器更有效和更具有选择 性。 Ｗｈｔ 或者 Ｈ ｎｏ￣ 的吸 收池 来增 加 １ ｉｍ ｅ ｅｉ ｔ ｔ式 ０到 在可见光到近红外光谱 区域 ，半导体激光 １０ 的的有效路 径长度 。测量 的灵敏度 和精 器由于它们在消费市场和电信的重要性而显得 ０倍 确度也受 限于光源 的噪声和检测系统 的噪声 。 特别先进 。这些激光 器在这个光谱范 围内探测 另一方面 ，连续波激光激发 衰荡腔光谱法 器可 以在室温下操 作。这些特 眭非常适合制作 是不受 激光噪声 （ ａ 的影 响因为他 只是测 仪器 ， Ａｉ￣ 易于操作和方 便 ， 能耗低 。 量 “ 间” 时 。连续波激光 激发衰荡腔光谱 法是一 ２实验 种新兴 的技术 ，已被证明可 以显著 的提高吸收 个典型 的实验 装置原理 图如 图 １ 所示Ｒ 。 光谱削 灵敏度 。 它利用—个稳定 的光源入射到两 的主要器件包 括 ： 。单模二 极管激光器 ， 腔 衰荡 个距离为 ｄ 的超高反射镜 中， 即衰荡腔中。 在一 （Ｄ ） Ｒ Ｃ ， 了高反射镜 ， 电探测器器配 对探 采用 光 Ｄ 其他组件包括一个声 光调制 次衰荡测 量中 ，部分激光从 窄带激 光器耦合到 测透过 Ｒ Ｃ的光 。 衰荡腔 中， 然后突然关 闭。 光在衰荡腔 的反射镜 器 （０ 当 Ｒ Ｃ内积聚足够 的光 时 ， 将腔 Ａ Ｍ） Ｄ 迅速 之 间反 射多次高很多倍 ， 每次反 射泄漏 出一小 内激光器 射出衰荡腔 ，光隔离器 以防止光 反馈 部分 。 光腔泄漏 出来是衰 荡信号 。 这个信 号具有 给二极 管激光 器 ，带有数据采集系统的计算机 个一 阶指数 衰减 的包络 。 控制整个系统 ， 且进行 数据采集 和分析 。 并
基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量
基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量1. 引言1.1 研究背景传统的甲烷浓度测量方法存在着测量范围狭窄、准确性不高等问题，而基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量方法则具有高灵敏度、高分辨率和快速响应的优势。
腔衰荡光谱技术的原理是利用光腔共振效应增强光吸收信号，从而实现对目标物质浓度的高精度测量。
基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量具有重要的研究意义和应用价值。
通过对大气中甲烷浓度的准确监测，可以为全球变暖和气候变化问题的研究提供有力支持，为环境保护和可持续发展贡献力量。
1.2 研究意义大气甲烷是一种重要的温室气体，对地球的气候变化有着重要的影响。
随着工业化的快速发展和人类活动的增加，大气中甲烷浓度不断上升，加剧了全球变暖的趋势。
准确监测和测量大气中的甲烷浓度是非常必要的。
传统的大气甲烷监测方法存在着准确性不高、采样周期长、操作复杂等缺点，而基于腔衰荡光谱技术的测量方法具有非常高的准确性和灵敏度，可以实现实时监测、高分辨率的甲烷浓度测量。
这种技术的应用可以帮助我们更好地理解大气中甲烷的分布和变化规律，为全球气候变化研究提供重要的数据支持。
基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量具有重要的研究意义，不仅可以帮助我们更好地了解气候变化的影响机制，也可以为环境监测和气候预测提供重要的科学依据。
通过深入研究和应用这项技术，可以为保护地球环境、应对气候变化提供有力支持。
2. 正文2.1 腔衰荡光谱技术原理腔衰荡光谱技术是一种基于光学腔体和光学谐振的测量技术，它利用光学腔的谐振模式来检测样品中的分子浓度。
在腔衰荡光谱技术中，样品中的分子吸收特性会引起腔内光场的衰减和频率变化，通过测量这些变化可以推导出样品中分子的浓度。
腔衰荡光谱技术的原理基于腔内光场的强度与波长的关系。
当激光光源发射的光进入腔体时，只有满足腔内驻波条件的特定波长的光才能在腔内形成稳定的驻波模式。
而样品中吸收特性会导致腔内光场的强度发生变化，从而改变腔内驻波的频率。
基于CW-CRDS 的大气甲烷浓度直接测量方
科学研究创基于CW-CRDS的大气甲烷浓度直接测量方法研究王金舵1徐文斌1貊泽强2何建国2刘洋2（1.光学辐射重点实验室北京100854；2.中国科学院空天信息创新研究院北京100094）摘要：腔衰荡光谱技术（CRDS）具有高灵敏度、高精度、高光谱分辨率，适合痕量气体检测。
但是，其在被用于测量大气甲烷浓度时，需要对大气样本进行预处理，否则会受到其他气体吸收特性和气溶胶消光特性干扰，影响测量精度。
本文针对这个问题，提出了一种基于CW-CRDS的直接测量大气甲烷浓度的方法，利用可调谐激光器进行光谱扫描，在同时测量大气中水汽、二氧化碳吸收系数和多种粒径气溶胶颗粒消光系数的基础上，结合波长校正法，提高了在环境大气中无预处理条件下的大气甲烷测量准确性。
关键词：腔衰荡光谱技术大气甲烷多组分气体吸收气溶胶消光中图分类号：TU996;O433文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)07(a)-0023-06 Study on Direct Measurement Method of Atmospheric MethaneConcentration Based on CW-CRDSWANG Jinduo1XU Wenbin1MO Zeqiang2HE Jianguo2LIU Yang2(1.Key Laboratory of Optical Radiation,Beijing,100854China;2.Aerospace Information Research Institute,Chinese Academy of Sciences,Beijing,100094China)Abstract:The Cavity Ring Down Spectroscopy(CRDS)is a direct absorption spectroscopy technology with high sensitivity,high precision and high spectral resolution,which is suitable for the trace gas detection.However,there is a problem that atmospheric samples need to be pretreated when it is used to measure the atmospheric methane concentration.Otherwise,it will be interfered by other gas absorption characteristics and aerosol extinction characteristics,which will affect the measurement accuracy.Aiming at this problem,this paper proposes a method of directly measuring atmospheric methane concentration based on CW-CRDS,which uses a tunable laser for spectral scanning.On the basis of simultaneously measuring the absorption coefficients of water vapor and carbon dioxide and the extinction coefficients of aerosol particles with various particle sizes in the atmosphere,combined with the wavelength correction method,the accuracy of atmospheric methane measurement without pretreatment in the ambient atmosphere is improved.Key Words:Cavity ring down spectroscopy;Atmospheric methane;Multicomponent gas absorption;Aerosol extinction腔衰荡光谱技术（Cavity Ring Down Spectroscopy，CRDS）是一种具有高测量灵敏度、高测量精度和高光谱分辨率的直接吸收光谱技术，结合窄线宽连续激光器，形成了具有高信噪比的连续波腔衰荡光谱技术（CW-CRDS），非常适合痕量气体检测［1-2］。
基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量
2020年11期技术创新科技创新与应用Technology Innovation andApplication图1CRDS 装置示意图基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量焦建瑛，张涛，王嵩梅，何少平（北京市燃气集团有限责任公司，北京100035）引言甲烷（CH 4）是一种温室气体，并在大气化学方面担负着重要作用[1]。
在海洋中，甲烷水化物在受到温度或压力变化时，会释放甲烷气体[2]。
另外，海洋中一些微生物新陈代谢过程也会产生或消耗甲烷[3]。
所以，甲烷浓度测量对于温室效应监控、天然气水合物勘探、海洋生态环境研究具有重要意义。
不论是大气中还是海洋里，甲烷均属于痕量气体。
在痕量气体浓度测量方面，腔衰荡光谱技术（CRDS ）作为一种具有高灵敏度和高光谱分辨率的直接吸收光谱测量技术被人们所关注[4]。
由于其谐振腔结构的使用，使待测气体在有限空间内的吸收光程长达km 量级。
从原理角度分析，CRDS 还具有对光源光强起伏不敏感，可自标定等特点。
自1988年，Anthony O'Keefe 和David A.G.Deacon 使用脉冲激光器进行了首次气体吸收光谱测量，提出了腔衰荡光谱技术（CRDS ）[5]。
到1997年，D.Romanini 等人通过声光开关（AOM ）及压电陶瓷位移控制器（PZT ）解决了连续光源（CW ）在CRDS 中的实现问题[6]，并将激光二极管（LD ）引入CRDS 中[7]；之后于1999年，发表了关于使用分布反馈式激光二极管（DFB-LD ）实现CRDS 测量痕量气体的文章[8]。
目前，采用激光二极管CRDS 对大气中痕量气体进行测量已成为一种较为普遍的手段[9-11]。
本文将采用腔衰荡光谱技术，对大气中甲烷浓度进行测量，并分析实验中出现的现象。
1原理及实验腔衰荡光谱技术测痕量气体浓度是基于气体分子对光的吸收作用。
在一个稳定谐振腔中，均匀得分布着待测气体，经过模式匹配的激光在谐振腔中形成稳定振荡，腔内光强衰减主要因为待测气体的吸收损耗和腔镜的透射损耗。
连续波激光衰荡痕量气体浓度测量系统的研究
Ｋｅ ｗｏｒ ｓ： ｎ — ｗｎ； ａｉ ｌ ｒ ｕ ｄｏ ｅ ｂ ｍｐｌｆｅ ； ａ ｉｂ ｅ ｏ ｉ ａ ｔｅ ｕ ｔ ｒ ｒｎｇ ｄ ｗｎ ｉ ｙ ｄ ｒ ｇ・ ｉ ｄｏ ｖ ｒａ ｅ ｅ ｂｉｍ ｐ ｄ ｆ ｅｒａ ｂ ｉ ｉ ｒ ｖ ｒａ ｌ ｐｔｃ ｌ ａｔ ｎ ａ ｏ ； ｉ ｉ —ｏ ｔｍｅ； ｂｓ ｒ ｔｏ ａ ｏ ｉｎ ｐ ｃ ｅｆｃ ｅ ｔ ｇ ｓ ｃ ｃ ｎ ｒｔｏ ｏ ｆｉｉ ｎ ； ａ ｏｎ ｅ ｔａ ｉｎ
中图分 类号 ：Ｎ ５ Ｔ ２３ 文献 标识 码 ： Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ａ ｅ Ｇａ ｎ ｅ ｒ ｔ ｎ Ｍ ｅ ｓ ｅ ｅ ｔ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅ Ｔｒ ｃ ｓ Ｃｏ ｃ ｎｔａ ｉ ａ ｕｒ ｍ ｎ ｏ Ｓ ｓｅ ｓ ｄ ｏ ｙ ｔ ｍ Ｂａ ｅ ｎ ＣＷ ｓ ｒ Ｒｉ － ｏ ｅｈ ｄ Ｌａ ｅ ｎｇ ｄ ｗｎ Ｍ ｔ ｏ
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性 ， 究 了光 的衰荡 时间、 路损 耗 与 气体 对 光 的 吸 收 系数 和 气体 浓度 的关 系， 出 了一种 气 研 环 提
体 浓度 在 线测量 的新方 法 。
关键 词 ： 循环 衰 荡 ； 增益 可调掺 铒 光 纤放 大器 ； 可调 光 衰减 器 ； 衰荡 时 间； 吸收 系数 ； 气体 浓度
ｄ ｗａ ｎ ｒｄ ｃ ｄ， ｎ ｈ ｎ ｌｓｓ ｏｔ ｅ ｐ ｃｐ ｅ ｎ ｕ ｃ ｉ ｓｏ ｅ ｍａｎ ｄ ｖｃ ｓｗｅ ｅｄ ｎ ｕ ｎ ｈ ｅ ｉ ｎ ｎ ｏ ｓ ｉｔｏ ｕ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ｔ ｈ ｒｎ ｉ ｌ ｓａ ｄ ｆ ｎ ｔ ｎ ｆ ｈ ｉ ｅ ｉｅ ｒ ｏ ｅ ｄ ｒ ｇｔ ｅ ｄ ｓｇ ｉ ｇ ｉ ｏ ｔ ｉ
气体仪器波长扫描光腔衰荡光谱技术
气体仪器波长扫描光腔衰荡光谱技术气体仪器波长扫描光腔衰荡光谱技术是一种高灵敏度、高分辨率和高速度的气体分析技术。
它利用光腔衰荡现象，通过测量光在腔内经过气体样品时的衰减程度来分析气体成分。
下面将详细介绍该技术的原理、实验方法和应用领域。
一、原理光腔衰荡光谱技术的基本原理是：当光在光学腔内经过气体样品时，光会与气体分子相互作用，导致光的能量衰减。
这种衰减现象与气体分子的吸收和散射有关。
通过测量光在腔内经过气体样品前后的衰减程度，可以确定气体成分及其浓度。
在具体实验中，光源发出的光经过分束器分为两束，一束作为参考光，另一束通过光学腔内的气体样品。
经过气体样品的光被衰减后与参考光进行干涉，形成干涉图。
通过分析干涉图的形状和变化，可以确定气体样品的成分和浓度。
二、实验方法1.准备实验装置实验装置包括光源、分束器、光学腔、探测器和数据处理系统。
光源可以选择激光或宽带光源，分束器一般采用半反射镜或全反射镜，光学腔可以选择不同长度和形状的光学腔，探测器可以选择光电倍增管或雪崩二极管等。
1.校准光学腔在实验开始前需要对光学腔进行校准，以确保光在腔内传播时不会发生偏振、反射等现象。
一般可以采用机械振动法或调制法进行校准。
1.准备气体样品气体样品需要提前准备好，并已知其成分和浓度。
如果需要分析未知气体样品，则需要使用标准气体进行标定。
1.进行实验测量将气体样品引入光学腔中，并记录光在腔内经过气体样品前后的衰减程度。
一般可以采用循环扫描法或步进扫描法进行测量。
循环扫描法可以获得连续的光谱信息，而步进扫描法则可以获得更高的分辨率和精度。
1.数据处理与分析将实验测量得到的干涉图经过处理后得到光强衰减曲线。
通过对衰减曲线的分析可以确定气体样品的成分和浓度。
常用的数据分析方法包括最小二乘法、高斯拟合等。
三、应用领域气体仪器波长扫描光腔衰荡光谱技术具有广泛的应用领域，主要包括：1.环境监测：可以用于监测大气中的有害气体、温室气体等，帮助了解环境污染情况和气候变化趋势。
基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量
基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量
大气甲烷是一种温室气体，其浓度的变化对全球气候变化有着很大的影响。
因此，准
确测量大气甲烷浓度对于了解全球气候变化趋势、环境污染控制等领域都有着重要的意义。
传统上，大气甲烷浓度的测量方式主要是通过采集气体样品，并通过色谱仪等设备进
行分析。
这种方法需要定期采取大气样品、分离和测量，而且需要高昂的设备和操作成本。
近年来，基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量方法开始被广泛研究和应用。
该技
术通过将样品气体引入一个封闭的腔体中，利用激光通过这个腔体，测量腔衰荡光的强度
和谱线位置的变化，以确定大气甲烷浓度。
腔衰荡光谱技术有着多种优点。
首先，它可以实现实时测量，不需要定期采集样品。
其次，该技术测量精度高，可以测量到相对较低的甲烷浓度，对于准确了解大气中甲烷浓
度变化趋势有着重要的作用。
另外，腔衰荡光谱技术对于样品气体的准备有着较高的要求，可以排除外界因素的影响，降低误差。
尽管腔衰荡光谱技术具有多种优点，但是仍然存在着一些问题和挑战。
首先，该技术
需要高精度的激光和腔体，成本较高。
其次，腔衰荡光谱技术对环境温度和压力的变化比
较敏感，在野外等复杂环境下的应用还需要进一步研究。
总之，基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量方法具有广阔的应用前景，随着相关
技术的不断改进和创新，其应用领域也将不断扩展和深化。
光腔衰荡光谱法在痕量气体检测中的应用
光腔衰荡光谱法在痕量气体检测中的应用光腔衰荡光谱法（Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy，CEAS）是一种灵敏度高、分辨率高、实时性好的痕量气体检测技术，已成为气体分析和环境监测领域的研究热点之一。
本文介绍了CEAS检测原理和设备组成，重点阐述了CEAS在痕量气体检测中的应用研究进展。
一、CEAS检测原理CEAS是一种基于光腔增强的吸收光谱技术，通过增加气体与光场的相互作用时间，提高了气体吸收信号的强度和信噪比，实现了对痕量气体的高灵敏、高精度检测。
CEAS检测系统通常由光源、光器件、探测器和样品室等若干部分组成，其基本原理如下：1.光腔增强光腔是由两个镜面反射形成的封闭空间，其长度通常为数厘米，内部光场呈膜厚式分布。
当入射光与构成光腔内壁的高反射镜面反射时，不断在腔内强度衰减，形成驻波场，提高了光与样品相互作用的时间。
2.物质吸收样品通入光腔后，受到光场的激发，产生吸收信号。
吸收信号的幅度取决于样品中所含物质的类型、浓度和特征吸收峰宽度等因素。
3.探测器检测探测器通常选择光电探测器或者光电倍增管等探测器组成的光谱仪，用以测量样品中强度的变化。
当样品中有物质吸收时，探测器的输出信号呈现出相应的响应，通过光谱学方法进行分析。
二、CEAS设备组成CEAS设备由光源、光路系统、样品室、光谱仪和数据分析系统五个部分组成。
1.光源光源的选择对检测的灵敏度和选择性有很大的影响，一般采用具有比较窄线宽和高亮度的激光器，如DFB激光器、VCL激光器、Ti:Sapphire激光器等。
2.光路系统光路系统是CEAS系统中的核心，主要由光腔、气体通道、偏振器件、反射镜等组成，用以实现气体和光场之间的强耦合，光腔是CEAS的关键部件，也是决定CEAS检测灵敏度的主要因素。
3.样品室样品室是CEAS系统中介质与光场相互作用的部分，它为气体通道和光腔之间的接口，而样品室的设计和制作对CEAS检测灵敏度和选择性都有很大的影响。
甲烷气体浓度测量的研究
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第３ ６卷 第 ７ Ｉ ９ 】 ２ ０ １ ７ ｒ ７
一 一 １
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摘 要 ： 为 了改 进 甲 烷 气 体 浓 度 测 量 实 时 性 和 灵 敏 度 ， 采 用环 形腔 衰荡技 术设 计 了
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气体浓度论文：基于Sagnac效应的新型腔衰荡气体浓度测量系统的研究
【中文摘要】石油化工、矿山开采、能源开发、生物工程等过程中产生的有毒有害、易燃易爆气体严重影响了大气环境质量,威胁人类生存和削弱了可持续发展的能力。
因此,对这些气体进行实时检测具有十分重要的意义。
传统的气体浓度测量方法在一定程度上能满足目前实际应用中气体监测的基本需求,但这些测量方法的检测精度比较低,已经不能满足当前的需要。
本论文针对这一问题设计了一种高精度气体浓度测量系统。
具体内容包括:首先,对气体吸收原理、腔衰荡测量技术原理、谐振腔的多光束干涉原理以及CRDS的灵敏度计算进行理论研究和分析。
其次,提出了一种新型的连续波腔衰荡微量气体浓度测量系统。
系统中利用环形光路的Sagnac效应,将光纤环作为一个等效反射镜,与高反射率镜形成衰荡腔,实现衰荡腔的反射率可调。
在此基础上,对环形光路Sagnac效应和腔衰荡测量技术原理进行理论分析及推导,得到连续波腔衰荡微量气体浓度测量公式以及光纤环转速对微量气体浓度测量系统的影响。
最后,通过实验仿真得到反射率与光纤环路转速、反射率与腔衰荡曲线关系图和不同光开启时间和关断时间下的腔出射光强度,并通过实验测得不同浓度的CO2衰荡时间,得到当气体浓度越高吸收能力越强,...
【英文摘要】The poisonous, harmful, combustible and explosive gases generated during the process of petrochemical
industry, mineral exploitation, energy development and biotechnology have a strong impact on the environment of atmosphere, living condition and sustainable development ability. Therefore, the real-time concentration detection of these gases is very important. Traditional gas concentration measurement methods complete the real gas concentration detection mission to some extent,but the detecting precision of...
【关键词】气体浓度 Sagnac效应腔衰荡技术数学形态学滤波衰荡时间
【英文关键词】Gas Concentration Sagnac effects Cavity ring-down spectroscopy Mathematical morphology Filter
Ring-Down Time
【索购全文】联系Q1：138113721 Q2：139938848
【目录】基于Sagnac效应的新型腔衰荡气体浓度测量系统的研究摘要5-6Abstract6-7第1章绪论
10-20 1.1 引言10-11 1.2 气体浓度监测的基本方法11-14 1.2.1 非光谱分析方法11-13 1.2.2 光谱分析方法13-14 1.3 光腔衰荡光谱技术的国内外研究历史和现状14-18 1.3.1 CRDS 技术的国外研究历史和现状
14-17 1.3.2 CRDS 技术的国内研究历史和现状
17-18 1.4 论问的研究目的和主要内容18-20 1.4.1
论文的研究目的18-19 1.4.2 论文的主要内容19-20
第2章腔衰荡光谱技术的测量原理20-33 2.1 光谱吸收理论20-23 2.1.1 气体吸收原理20-21 2.1.2 腔衰荡光谱理论21-23 2.2 谐振腔原理23-26 2.2.1 腔的稳定条件23-25 2.2.2 谐振腔限模理论25-26 2.3 多光束干涉原理26-31 2.3.1 多光束干涉光强分布26-30 2.3.2 干涉条纹的特性30-31 2.4 CRDS 的测量灵敏度
31-32 2.5 本章小结32-33第3章气体浓度测量系统设计33-54 3.1 测量系统结构框图33-34 3.2 系统主要组成部件34-39 3.2.1 连续波激光器的选择
34-35 3.2.2 声光调制器35 3.2.3 光隔离器
35-37 3.2.4 光纤耦合器37-39 3.3 光纤环路反射镜39-46 3.3.1 Sagnac 原理39-41 3.3.2 光纤环路反射镜光学模型41-46 3.4 光电探测器及其噪声分析
46-50 3.5 数学形态学去噪50-53 3.5.1 形态学算法50-52 3.5.2 结构元素的选取52-53 3.6 本章小结
53-54第4章气体浓度测量系统的实验与分析
54-68 4.1 实验设计54-58 4.1.1 光源波长的选择
54-55 4.1.2 腔参数选择与腔特性关系55-58 4.2 光开启时间和关断时间对测量结果的影响58-61 4.3 气体浓度测量实验61-63 4.4 数学形态学滤波63-66 4.5 本章小结66-68结论68-70参考文献70-75攻读硕
士学位期间承担的科研任务与主要成果75-76致谢76-77作者简介77。