基于TDLAS技术的人体呼气末CO 2 在线检测

发布时间：2022-01-16 12:21

　　呼出气体分析是一种测量呼出气体成分和含量的新技术,在人体健康的无创检测和分析中应用得越来越广泛。基于低成本微型垂直腔面发射激光二极管（VCSEL）搭建了可调谐激光吸收光谱（TDLAS）气体分析系统,实现了人体呼出CO₂的在线测量。该系统主要由激光管、驱动控制电路、光电探测器、放大电路、数据采集卡、控制软件、锁相放大器及赫里奥特气体池构成。该检测池的体积为400 mL,有效光程为20 m,激光光源的中心波长为1579.57 nm。采用波长调制吸收光谱技术中的二次谐波幅值反演计算人体呼出CO₂的浓度。该系统可以实现精准、无损、高效地在线测量人体呼出CO₂气体的浓度,波动范围小于±0.06%,灵敏度为0.14%。这一研究为近红外TDLAS技术研究人体呼出气体与相关疾病标志物的无创检测提供了新的研究思路。 

【文章来源】：中国激光. 2020,47(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

基于TDLAS的人体呼气末CO2检测系统。

TDLAS系统采集的实验数据

为了测量系统的检测下限,配制体积分数为2.5%的标准CO2气体,并将其通入吸收池中进行周期扫描,经过多次实验和对比发现,扫描频率过快会导致信号失真,不能保持良好的波形,频率太低,则会导致信噪比(SNR)变小。因此,选择优化的扫描频率和电压分别为2.5 Hz和0.8 mV。经锁相放大器解调得到的信号的SNR较大,同时没有失真,基线相对更平滑。采集到的两个周期内的2f信号如图5所示。根据图5可以对信噪比进行推算,在CO2体积分数为2.5%时,根据2f信号峰值均值(SV)为0.30 V和无吸收处的噪声幅值(SD)之比可以计算出该系统的二次谐波信噪比约为55.56[22]。采用样品检出限的方法(3σ准则)对系统检测的最小灵敏度进行估算[23],即认为最小检测灵敏度为噪声幅值(SD)的3倍,从而可以获得系统测量的最小灵敏度约为0.14%(用CO2体积分数为2.5%时的2f幅值(SV)0.3 V去除3倍噪声幅值(SD)就可以得到。

【参考文献】：
期刊论文
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[3]基于TDLAS的二氧化碳和水汽同时检测技术研究[J]. 陆恒,张刚,张国贤,蔡廷栋.  江苏科技信息. 2018(05)
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[5]一种基于TDLAS谐波探测技术的甲烷传感器[J]. 陈玖英,刘建国,张玉钧,阚瑞峰,王敏,陈东,崔益本.  大气与环境光学学报. 2007(02)



本文编号：3592648