光纖環(huán)腔激光腔內(nèi)吸收光譜氣體傳感技術(shù)的研究.pdf

1、激光腔內(nèi)吸收光譜自被提出以來因其高靈敏度特性一直為各國學(xué)者所關(guān)注，被廣泛應(yīng)用于氣體、液體和等離子體等介質(zhì)中粒子弱吸收的探測。光纖技術(shù)的發(fā)展使分布式腔內(nèi)吸收光譜檢測成為可能，但目前還沒有成熟的商品儀器出現(xiàn)。本文基于光纖環(huán)腔激光器構(gòu)建腔內(nèi)吸收傳感系統(tǒng)研究痕量氣體的全光纖、準(zhǔn)分布式測量。
　　 在對系統(tǒng)器件進(jìn)行分析和簡化傳輸函數(shù)的基礎(chǔ)上，闡述了腔內(nèi)吸收光譜的形成條件，理論推導(dǎo)了光纖環(huán)腔腔內(nèi)吸收傳感系統(tǒng)工作的穩(wěn)態(tài)模型和瞬態(tài)模型，據(jù)此計(jì)算

2、模擬了光纖環(huán)腔激光器的放大自發(fā)輻射譜和氣體腔內(nèi)吸收光譜，驗(yàn)證了本系統(tǒng)光譜波長掃描測量的可行性。
　　 針對放大自發(fā)輻射噪聲和標(biāo)準(zhǔn)具噪聲等對腔內(nèi)吸收光譜檢測的干擾問題，將低頻波長掃描和波長調(diào)制技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于腔內(nèi)吸收氣體傳感系統(tǒng)，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)確定調(diào)制參數(shù)。對1％濃度的乙炔氣體進(jìn)行傳感，在1526.5～1537 nln波長區(qū)間檢測到17條吸收譜線，證明該方法可有效提高系統(tǒng)氣體傳感的靈敏度。為增強(qiáng)傳感性能，對波長掃描方式加以優(yōu)化

3、并再次實(shí)驗(yàn)乙炔傳感，未采用波長調(diào)制技術(shù)便在1525～1545 nm波長區(qū)間獲得27條吸收譜線，傳感靈敏度明顯提高，證實(shí)了系統(tǒng)改進(jìn)的有效性。制作不同長度的氣室研究了本系統(tǒng)中氣體傳感的最佳吸收光程長問題。
　　 對腔內(nèi)吸收光譜譜線提取方法進(jìn)行了研究，選取小波零交叉法、小波變換迭代法和小波變換形態(tài)學(xué)結(jié)合法等三種方法對不同實(shí)驗(yàn)方法獲取的掃描譜進(jìn)行譜線提??；對腔內(nèi)吸收調(diào)制光譜，通過相關(guān)分析推出當(dāng)調(diào)制頻率較低時(shí)，各階次的諧波譜與調(diào)制光譜的各

4、階傅里葉變換成正比，應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)由離散傅里葉法直接計(jì)算諧波譜，并提出將二次諧波譜作為反演目標(biāo)氣體濃度的依據(jù)，標(biāo)定譜線吸收波長則采用三次諧波譜。分別采用單譜線法和多譜線平均法計(jì)算濃度反演的誤差，分析了本傳感系統(tǒng)的定量能力。
　　 為解決可調(diào)濾波器驅(qū)動(dòng)電壓與對應(yīng)波長值漂移導(dǎo)致難以精確定位譜線波長問題，提出引入布拉格光柵作為參考的譜線波長標(biāo)定方法：采用高斯擬合定位譜峰峰值，尋找對應(yīng)的F-P濾波器驅(qū)動(dòng)電壓，以經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)牟祭窆鈻?/p>