基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷气体监测研究

发布时间：2021-08-21 14:30

　　设计了一种基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷（CH₄）气体监测装置,该装置具有温度监测范围大、监测精度高和实时监测的优点。监测装置的激光光源为波长1 650 nm的反馈式激光器,应用波长调谐与锁相放大器技术,对周围环境进行温度补偿与背景扣除,可以较准确地测量周围环境中CH₄的体积分数。实验表明,当CH₄体积分数小于1%时,该装置的监测精度为±0.02%;当CH₄体积分数大于1%时,装置监测误差小于±0.8%,实时监测的最长响应时间为10 s。装置的温度范围为0～40℃,可满足大多数工业生产中对CH₄等气体体积分数的监测需求。 

【文章来源】：能源与节能. 2020,(03)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

全数字锁相放大器结构示意图

应用上述二次谐波监测与全数字锁相放大技术，设计出了CH4体积分数测量装置的结构图，具体如图2所示。该装置主要包括光路传感器和控制电路元件。2.1 光路传感器

根据相关文献记载，CH4的气体吸收谱为1.6～1.7μm[3]，可以有效地吸收波长为1 650 nm左右的光，且空气中常见的气体如N2、O2、CO2等的吸收光谱距离此波较远，因此选择此波长的激光可以有效地监测空气中CH4体积分数而不受其他气体的干扰。装置的激光发射器采用的是DFB激光器，此激光器是一种基于布拉格光栅结构的装置，发射的激光频率范围较窄，激光器工作的功率较大，且结构较为简单，可以极大地简化小型监测装置中激光发射器的结构，进一步提升系统的集成度，缩小装置的体积，降低制造成本。同时，该激光器仅需调节工作电流即可便捷地调节激光的波长，这使得监测装置的应用更加灵活。在本文所设计的装置中，DFB激光器为发射中心波长为1 650 nm的激光器，额定功率为1.2 m W，接收激光的装置为响应范围在1 000～1 800 nm的光电二极管。DFB激光器发射的激光经过反射池的多次反射后通过气体监测室中待监测的CH4后由光电二极管接收。

【参考文献】：
期刊论文
[1]调制光栅Y分支可调谐激光器高精准波长调谐特性[J]. 郑胜亨,杨远洪.  中国激光. 2019(02)
[2]基于Er∶YAG单频可调谐激光器的甲烷吸收光谱测量[J]. 郑岩,王然,叶青.  光学技术. 2014(01)

硕士论文
[1]全光纤可调谐激光器自混合绝对距离测量研究[D]. 王德辉.安徽大学 2017



本文编号：3355780