基于TDLAS氣體檢測(cè)系統(tǒng)中光源波長(zhǎng)鎖定的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、硫化氫是一種劇毒氣體，不僅對(duì)油井設(shè)備有極大的破壞作用，還會(huì)威脅人類的生命安全，因此對(duì)硫化氫氣體進(jìn)行高精度、快速、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有著重要意義。由于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)具有無需要預(yù)采樣、檢測(cè)靈敏度高、選擇性好、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，使其成為氣體檢測(cè)的理想方法之一。
　　 在基于TDLAS技術(shù)的氣體檢測(cè)系統(tǒng)中，核心部件--半導(dǎo)體激光器的工作波長(zhǎng)的穩(wěn)定程度直接影響氣體檢測(cè)的精度與穩(wěn)定性，因此需要對(duì)選用的DFB激光器進(jìn)行波長(zhǎng)鎖

2、定，使之與被測(cè)氣體吸收峰相匹配。根據(jù)DFB激光器波長(zhǎng)易受注入電流和溫度影響的特點(diǎn)，本文通過控制其工作溫度實(shí)現(xiàn)對(duì)波長(zhǎng)粗調(diào)、控制電流實(shí)現(xiàn)對(duì)波長(zhǎng)細(xì)調(diào)的方法來鎖定波長(zhǎng)。
　　 本文完成的工作主要有以下幾個(gè)方面：以朗伯-比爾定律為基礎(chǔ)，結(jié)合氣體選擇性吸收理論和譜線線型等基本理論，介紹了TDLAS技術(shù)應(yīng)用于氣體濃度檢測(cè)的基本原理，分析了基于波長(zhǎng)調(diào)制的諧波檢測(cè)理論，設(shè)計(jì)了氣體檢測(cè)系統(tǒng)的總體方案。針對(duì)系統(tǒng)的核心部件--半導(dǎo)體激光器，重點(diǎn)分析了溫

3、度及電流對(duì)其工作狀態(tài)的影響，設(shè)計(jì)了鎖定半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng)的方案。具體實(shí)現(xiàn)包括：用FPGA產(chǎn)生用于頻譜掃描的三角波和結(jié)合DDS原理產(chǎn)生用于調(diào)制的正弦波，并搭建了激光器驅(qū)動(dòng)電路。同時(shí)，為保證激光器的輸出波長(zhǎng)穩(wěn)定，還需要對(duì)其內(nèi)部溫度進(jìn)行控制。本文利用PID原理，結(jié)合半導(dǎo)體致冷器(TEC)的工作原理，設(shè)計(jì)并搭建了以激光器內(nèi)部熱敏電阻和TEC為主要部件的內(nèi)部溫度控制電路。最后本文設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的測(cè)試方案，主要測(cè)試對(duì)象除了電流穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性外，還包括