采用VCSEL光源的新型TDLAS甲烷气体检测系统研究

发布时间：2024-06-02 01:25

　　目前对TDLAS激光气体检测技术的研究与开发普遍采用DFB型边发射激光器作为检测光源,这种技术方案功耗较高、体积较大,限制了TDLAS检测技术在功率敏感场合的应用。VCSEL型垂直腔面发射激光器具有效率高、功率低、体积小的优点,应用于TDLAS气体检测技术当中,可以有效改善激光气体检测技术的功耗与体积问题。深入分析了采用VCSEL型激光器的TDLAS气体检测技术的理论依据。依据气体吸收光谱理论与VCSEL型激光器的发光特点,选定了甲烷气体检测激光波长。对TDLAS-WMS波长调制技术与谐波检测技术进行理论分析,推导了检测过程中检测信号的变化过程,为实际VCSEL型TDLAS检测技术提供理论依据。基于VCSEL型激光器调谐特点与TDLAS检测技术的基本原理,对TDLAS气体检测过程进行了软件仿真。深入研究TDLAS气体检测过程各个环节的信号变化情况,并将仿真过程移植到硬件平台中,完成检测技术的硬件仿真。在检测技术的理论分析与仿真研究后,选取了适用于本系统的可调谐VCSEL激光器、光电探测器与锁相放大器等器件,完成了检测系统的光学与电子学系统设计,组建了采用VCSEL光源的TDLAS甲烷气...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1TDLAS检测技术基本原理示意图

会产生热量而成为爆炸源，安全性高。但检测仪度低。体激光吸收光谱技术领域，TDLAS（TunableDiodeLaserAbsorption光吸收光谱技术，是一种新型的高精度、单选择光光谱技术中指出，气体分子会对激光进行“选气体的浓度相关，TDLAS气体检测技术就是利测的。T....

图2.2常见气体在近红外波段的光谱图

图2.2常见气体在近红外波段的光谱图Figure2.2Commongasesspectruminnearinfraredband吸收应避免与其他气体吸收峰重叠外，还需要考虑吸收邻吸收峰间距以及该波段相应激光器性能、成本等因素强，入射单色光衰减程度大，可以提高系....

图2.3甲烷气体在1654nm附近的吸收峰Figure2.3Methanegasabsorptionpeaknear1654nm

图2.2常见气体在近红外波段的光谱图Figure2.2Commongasesspectruminnearinfraredband收应避免与其他气体吸收峰重叠外，还需要考虑吸收吸收峰间距以及该波段相应激光器性能、成本等因素，入射单色光衰减程度大，可以提高系统的灵....

图3.2CH4气体在1654nm附近的吸收函数Figure3.2CH4gasabsorptionfunctionnear1654nm

图3.2CH4气体在1654nm附近的吸收函数Figure3.2CH4gasabsorptionfunctionnear1654nm输出仿真型可调谐垂直腔面发射激光器，其输出光强与波长可通的变化进行调谐。激光器对温度的变化非常敏感，而在温度是一个惯性量很大....

本文编号：3986651