TDLAS氣體檢測(cè)靈敏度增強(qiáng)方法及其在漫反射率測(cè)量中的應(yīng)用.pdf

1、對(duì)氣體濃度的有效檢測(cè)在環(huán)境保護(hù)，工業(yè)生產(chǎn)和生活安全中都具有重要的意義。在眾多氣體檢測(cè)手段中，可調(diào)諧二極管激光吸收光譜（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）以其高分辨、高速度、非接觸，可實(shí)時(shí)在線檢測(cè)等優(yōu)勢(shì)受到人們廣泛青睞。本文主要研究以TDLAS為基礎(chǔ)的低成本、高靈敏、小型化氣體檢測(cè)方法及其在漫反射率測(cè)量中的應(yīng)用。
　　開展了低成本的可調(diào)諧多模二極管激光吸收光譜氣體檢測(cè)

2、方法研究（Tunable Multimode Diode Laser Absorption Spectroscopy，TMDLAS）。利用廉價(jià)的多模二極管激光器替代單模二極管激光器，實(shí)現(xiàn)了TDLAS方法的低成本改造。光源采用用于通訊的1318 nm多模二極管激光器。實(shí)驗(yàn)表明，多模二極管激光器在較大的調(diào)諧范圍內(nèi)激光模式輸出穩(wěn)定，各個(gè)模式變化規(guī)律，波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)，重復(fù)性強(qiáng)。以甲烷氣體為測(cè)量氣體，通過分析比較多模激光發(fā)射譜特征及甲烷氣體透過譜特

3、征，確定了最佳的測(cè)量條件，從而使多個(gè)吸收信號(hào)疊加成為一個(gè)較大的吸收信號(hào)。利用波長(zhǎng)調(diào)制光譜及二次諧波檢測(cè)方法提高信噪比，探測(cè)靈敏度有了顯著的提升。通過1 s的積分時(shí)間，獲得了25 ppm的探測(cè)靈敏度，測(cè)量精度為0.06％。
　　開展了利用積分球（Integrating sphere，IS）增強(qiáng)TDLAS探測(cè)靈敏度方法的研究（TDLAS-IS），并提出了利用氣體吸收譜標(biāo)定積分球等效光程的方法。研究表明，在 TDLAS-IS方法中，積分

4、球?qū)θ肷涔鈴?qiáng)，探測(cè)電壓，入射角度和探測(cè)角度具有無差異性，對(duì)氣體吸收信號(hào)沒有影響，提高了系統(tǒng)的抗機(jī)械振動(dòng)能力；積分球內(nèi)無光學(xué)鏡片的使用，消減了干涉噪聲對(duì)信號(hào)的影響；積分球長(zhǎng)光程特性，有效增大了吸收信號(hào)幅度?；谝陨蟽?yōu)勢(shì)，系統(tǒng)的信噪比大大提高。在相同條件下，TDLAS-IS方法的探測(cè)靈敏度增強(qiáng)50倍。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)積分球等效光程與氣體吸收相關(guān)，以濃度21%的氧氣作為標(biāo)定氣體，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到直徑為8.4 cm的積分球的準(zhǔn)確等效光程為393.7

5、cm。而依據(jù)傳統(tǒng)理論，不考慮氣體吸收影響時(shí)，積分球的等效光程為436 cm,誤差高達(dá)11%，濃度越高，誤差越大。
　　開展了將TDLAS-IS氣體檢測(cè)方法用于漫反射率測(cè)量的研究。在TDLAS-IS氣體檢測(cè)方法中，氣體濃度一定的情況下氣體吸收光譜與積分球內(nèi)壁材料反射率存在某種聯(lián)系，這種聯(lián)系使得可以通過氣體吸收譜的測(cè)量來獲得積分球內(nèi)壁材料的漫反射率信息，從而避免了傳統(tǒng)方法通過測(cè)量光強(qiáng)量而導(dǎo)致精度低的缺點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)分別采用時(shí)間分辨方法和利用