基于C+L波段光纖環(huán)腔激光技術(shù)的混合氣體傳感方法研究.pdf

1、基于光纖激光內(nèi)腔吸收光譜學(xué)的氣體傳感技術(shù)具有響應(yīng)速度快、光譜覆蓋范圍寬、光譜分辨率與檢測靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域?qū)τ泻怏w的實(shí)時檢測需求。本文在對激光內(nèi)腔混合氣體傳感進(jìn)行理論研究的基礎(chǔ)上，基于環(huán)形內(nèi)腔結(jié)構(gòu)構(gòu)建了一種C+L波段混合式光纖氣體傳感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了C2H2、CO和CO2混合氣體的高靈敏檢測。針對混合氣體吸收光譜展開了信號處理技術(shù)研究，提出了一種氣體重疊吸收譜線的分離方法用于復(fù)原各譜線的光譜分布。以多氣體吸收

2、譜線為實(shí)時波長參考，實(shí)現(xiàn)了變溫環(huán)境下光源輸出波長在多波段調(diào)諧范圍內(nèi)的精確標(biāo)定。
　　本文的創(chuàng)新性工作如下：
　　1、以激光傳輸方程和氣體吸收定律為基礎(chǔ)，對激光內(nèi)腔混合氣體傳感展開理論研究。分析了系統(tǒng)參數(shù)對氣體傳感性能的影響，提出了直接吸收式檢測的靈敏度增強(qiáng)方法與波長調(diào)制式檢測的軟件鎖相方法，并研究了溫度變化對氣體濃度檢測的影響機(jī)理及補(bǔ)償方法。
　　2、構(gòu)建了C+L波段光纖激光內(nèi)腔混合氣體傳感系統(tǒng)，將多波段內(nèi)腔吸收與波長

3、掃描及調(diào)制技術(shù)相結(jié)合，獲得了更廣的光譜覆蓋范圍與更低的氣體濃度檢測下限。在對C2H2，CO和CO2混合氣體進(jìn)行檢測時，有效吸收光程約為單程吸收的50倍，最小可檢測濃度分別為0.6ppm，17.4ppm和19.2ppm。
　　3、針對混合氣體傳感中的吸收譜線重疊問題，提出了一種快速譜線分離方法。該方法包括連續(xù)小波變換、線性回歸分析和混沌粒子群優(yōu)化三步，以獲得重疊譜線各自的吸收光譜分布。使用該方法分離CO和CO2的重疊吸收譜線以檢測兩