基于光纖環(huán)腔激光技術(shù)的氣體傳感系統(tǒng)儀器化研究.pdf

1、基于光纖環(huán)腔激光技術(shù)的氣體傳感方法因?yàn)榫哂泻芨叩臋z測(cè)靈敏度，受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。采用該方法進(jìn)行氣體檢測(cè)時(shí)由于系統(tǒng)不穩(wěn)定、噪聲大等問題使傳感效果遠(yuǎn)不及理想情況。為了使該氣體檢測(cè)方法能夠盡快從實(shí)驗(yàn)室階段走向?qū)嵱没M(jìn)行基于光纖環(huán)腔激光技術(shù)的氣體傳感儀器化研究意義重大。
　　 本課題針對(duì)儀器化氣體傳感器系統(tǒng)，進(jìn)行了如下主要工作：
　　 1、對(duì)EDFA特性及摻鉺光纖的能級(jí)理論進(jìn)行了研究，基于速率方程構(gòu)建了光纖環(huán)腔激光系統(tǒng)的理

2、論模型，搭建了光纖環(huán)腔激光系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)得到了光纖環(huán)腔激光器輸出與泵浦電流、系統(tǒng)損耗和輸出耦合比的關(guān)系，并獲得了光纖環(huán)腔激光器的優(yōu)化參數(shù)。
　　 2、基于光纖環(huán)腔激光技術(shù)的理論和實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了氣體傳感系統(tǒng)理論模型，理論模擬了系統(tǒng)損耗、泵浦功率與氣體譜線吸收度的關(guān)系；在氣體傳感系統(tǒng)理論模型的基礎(chǔ)上，從以下幾方面設(shè)計(jì)了光纖環(huán)腔激光氣體傳感系統(tǒng)的原理樣機(jī)：
　　 光學(xué)設(shè)計(jì)：采用F-P標(biāo)準(zhǔn)具實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧光濾波器非線性的實(shí)時(shí)標(biāo)定；優(yōu)

3、化了系統(tǒng)光路使氣體傳感靈敏度增強(qiáng)系數(shù)提高了5倍以上。
　　 機(jī)械設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)了儀器外殼及10cm、20cm和50cm長(zhǎng)度的系列化氣室。
　　 電路設(shè)計(jì)：完成了低噪聲的光電探測(cè)電路，并以STC單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了光源功率測(cè)量顯示電路及智能選頻電路。
　　 算法設(shè)計(jì)：利用小波去噪方法對(duì)吸收光譜進(jìn)行了預(yù)處理；采用洛倫茲擬合對(duì)氣體吸收譜線進(jìn)行了擬合；設(shè)計(jì)了氣體吸收譜線的提取算法。
　　 軟件系統(tǒng)構(gòu)建：以labview

4、為基礎(chǔ)構(gòu)建了集原理樣機(jī)控制、數(shù)據(jù)采集與處理和結(jié)果顯示等功能為一體的軟件系統(tǒng)。
　　 3、對(duì)設(shè)計(jì)完成的原理樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，該儀器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)1525nm-1565nm氣體吸收譜線的測(cè)試，采樣誤差<11×10-7，波長(zhǎng)定位誤差<80pm，氣體濃度測(cè)試的累積重復(fù)性CV<0.015，可探測(cè)乙炔氣體的最低濃度達(dá)到200ppm。利用該原理樣機(jī)研究了內(nèi)腔法與外腔法的不同以及氣室長(zhǎng)度、系統(tǒng)損耗、氣體濃度與靈敏度增強(qiáng)的關(guān)系，測(cè)試結(jié)果與理論結(jié)果吻合。