基于近紅外光譜吸收原理的氣體傳感研究.pdf

1、近紅外光譜吸收式的氣體傳感器在大氣痕量、有毒有害氣體的監(jiān)測中具有廣泛的應(yīng)用。本文基于近紅外光譜吸收原理設(shè)計了三種不同的氣體傳感系統(tǒng)。分別從理論、系統(tǒng)和實驗三個方面對氣體傳感技術(shù)進(jìn)行了研究。理論上分析了近紅外氣體分子吸收光譜的原理，推導(dǎo)并且擬合了氣體分子吸收線型。通過實驗驗證了直接吸收檢測和諧波檢測的可行性，完成了氣體濃度的測量，實現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計要求。本研究主要內(nèi)容包括：
　　 ⑴設(shè)計了基于超連續(xù)譜光源的氣體傳感系統(tǒng)，從理論上介紹了

2、超連續(xù)譜產(chǎn)生的原理，分析了系統(tǒng)中光源噪聲及波動對氣體傳感的影響，采用了FFT平滑濾波的方法對吸收光譜進(jìn)行處理，所得結(jié)果符合乙炔氣體吸收特性，最后應(yīng)用該系統(tǒng)實現(xiàn)濃度為4000ppm的乙炔氣體傳感。
　　 ⑵設(shè)計了基于寬光譜ASE光源和F-P可調(diào)諧光濾波器的氣體傳感系統(tǒng)，實現(xiàn)了對氣體吸收光譜的掃描檢測。標(biāo)定了F-P可調(diào)諧濾波器的驅(qū)動電壓與透射波長之間的關(guān)系；檢測了二氧化碳?xì)怏w在不同采樣精度下吸收光譜的變化，分析了采樣精度對氣體傳感的

3、影響；通過對不同濃度二氧化碳?xì)怏w的檢測，標(biāo)定了氣體吸收強度與氣體濃度之間的關(guān)系。實驗結(jié)果表明利用該系統(tǒng)可以檢測5％-10％濃度的二氧化碳?xì)怏w，在濃度較高時的誤差控制在5％以下。
　　 ⑶設(shè)計了基于可調(diào)諧激光器的氣體傳感系統(tǒng)，利用鎖相放大器檢測二次諧波信息，實現(xiàn)氣體濃度傳感。從理論上推導(dǎo)了波長調(diào)制和二次諧波解調(diào)的原理，得到了二次諧波與氣體濃度之間的關(guān)系；在傳感系統(tǒng)中使用懷特池，有效的增加了氣體吸收光程，提高了系統(tǒng)檢測靈敏度；通過對