基于数字频率锁定技术实时探测实际大气中甲烷浓度

【摘要】：利用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术对气体进行长时间实时监测时,激光器波长的漂移会给测量精度造成较大的影响。为了消除这种影响,利用Lab-VIEW设计的数字比例积分微分(PID)算法和软件数字锁相,将激光频率锁定在待测气体的吸收峰上。采用1.653μm的分布式反馈(DFB)半导体激光器作为光源,结合100 m离散型Herriot吸收池,选择空气中的甲烷作为研究对象,对系统性能进行了测试和分析。结果表明,该系统可以将激光器稳定在±0.001 cm-1范围内,对激光器的漂移起到了很好的抑制作用。系统使用二次谐波测量时1 s积分时间内检测限约为1.8×10-8体积分数,可以满足环境空气中甲烷的长时间监测。该方法可以直接应用于其他痕量气体探测、燃烧诊断等领域。 【作者单位】： 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学研究室;
【关键词】： 激光技术 可调谐半导体激光吸收光谱 波长调制 软件数字锁相 数字比例积分微分 Lab-VIEW 实时测量
【基金】：国家863计划(2009AA06Z204)资助课题
【分类号】：TN247
【正文快照】： 1引言由于可调谐半导体激光器具有可调谐、窄线宽等优点,可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)[1~5]技术得到了快速的发展,已广泛应用于等离子体温度在线测量[6]、燃烧诊断[7,8]、工业污染监测[9]、大气痕量气体成分检测[10]等许多领域。1008002-1一般而言,激光器在自由运转时即

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