基于1654nm分布反馈激光器的甲烷检测系统

【摘要】：基于可调谐半导体激光吸收光谱技术及波长调制技术,采用波长为1 654nm的分布反馈激光器,结合开放式光学探头以及高灵敏度的铟镓砷光电探测器,研制了近红外甲烷气体检测系统。自主设计研发了分布反馈激光器驱动电路,主要包括模拟PID温度控制电路与电流驱动电路。其中,温度控制电路具有较高的控制精度及稳定性,长时间工作时激光器温度波动小于±0.02℃,温度与激光器波长呈线性变化。温度不变时,改变驱动电流可以使激光器中心波长线性变化,同时还提供了5kHz正弦波和10 Hz锯齿波的调制信号,用于谐波检测。为了提取差分信号的一次谐波及二次谐波,研制了正交锁相放大器,一次谐波和二次谐波的提取误差分别为3.5%和5%。系统中采用的开放式光电探头通过一次反射,使有效吸收光程增加了一倍,达到了40cm。通过对1%~5%的甲烷气体进行检测,成功提取了一次及二次谐波,得到了气体浓度与谐波信号幅值的拟合关系曲线。在更换不同输出波长的激光器后,该系统还具有检测其他气体的能力。 【作者单位】： 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区;中国科学院半导体所材料科学重点实验室;
【关键词】： 近红外 甲烷检测 分布反馈激光器 波长调制
【基金】：国家科技支撑计划项目(2013BAK06B04) 国家自然科学基金项目(61307124,11404129) 吉林省科技发展计划项目(20120707,20140307014SF)资助
【分类号】：TD712.55
【正文快照】： 2.中国科学院半导体所,材料科学重点实验室,北京100083引言在煤炭的开采过程中,甲烷是一种能够引起爆炸的有害气体,检测其浓度及变化率,对监测及预防煤矿爆炸事故具有重要的意义。近年来,对甲烷气体浓度检测的研究呈逐年上升趋势。相比于其他检测方法,如电化学法[1]、半导体法

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