基于激光和太赫兹光谱的气体检测研究
发布时间：2021-04-25 22:54
随着科学技术的不断发展和人民生活水平的日益提高,许多领域对高灵敏气体探测技术的需求逐渐增强。可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）气体检测技术具有高灵敏度、高选择性、高可靠性以及实时性等优点,具有非常广阔的应用前景。太赫兹时域光谱检测技术可同时获得待测样品太赫兹脉冲信号的振幅信息和相位信息,而且还具有高灵敏度、高信噪比、高分辨率及光谱范围宽等优点,被广泛应用于痕量气体检测领域。本文首先重点介绍了气体检测基本理论和两种常用的气体吸收池。基于HITRAN数据库和谱线选择原则选定了6330.82 cm-1处的谱线对呼吸气体中的CO2进行测量。利用中心波长为1579 nm的垂直腔面发射激光器作为光源,结合有效光程20 m的赫里奥特吸收池,搭建了一套实时在线监测人体呼出CO2的光谱检测装置。本实验还研究了压力对二次谐波信号的影响。通过对不同浓度CO2气体测量,二次谐波信号强度与其相对应的气体浓度具有良好的线性关系;同时对浓度为2.5%的CO2进行长达1小时的测量,系统具有很好的稳定性,获...
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 气体检测技术概述
1.3 TDLAS技术在气体检测中的研究现状
1.4 太赫兹时域光谱技术在气体检测中的研究现状
1.5 本文的主要研究内容
第二章 气体检测理论及气体吸收池
2.1 引言
2.2 气体分子吸收理论
2.3 Lambert-Beer定律
2.4 吸收线强
2.5 气体分子吸收谱线线型
2.6 气体吸收池
2.6.1 TracePro仿真软件
2.6.2 White型吸收池
2.6.3 Herriott型吸收池
2.7 本章小结
2气体测量">第三章 基于TDLAS技术的呼吸CO2气体测量
3.1 引言
2 的吸收谱线选择"> 3.2 CO2 的吸收谱线选择
3.2.1 谱线选择原则
3.2.2 HITRAN数据库
3.2.3 谱线选择
3.3 实验设备
3.3.1 VCSEL激光器
3.3.2 激光驱动器
3.3.3 Herriott气体吸收池
3.3.4 光电探测器
3.4 实验结果与分析
3.4.1 压力对二次谐波信号的影响
3.4.2 浓度与二次谐波信号的线性关系
3.4.3 系统的稳定性
3.4.4 呼吸气体测量
3.4.5 运动过程中呼吸气体在线测量
3.5 本章小结
第四章 基于太赫兹时域光谱的丙酮气体研究
4.1 引言
4.2 太赫兹时域光谱系统
4.2.1 透射式太赫兹时域光谱系统
4.2.2 反射式太赫兹时域光谱系统
4.3 数据处理方法
4.4 实验装置
4.5 实验及结果分析
4.5.1 实验过程
4.5.2 实验结果分析
4.6 改造后的太赫兹时域光谱系统
4.7 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
个人简介及攻读学位期间取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]TDLAS直接吸收法和波长调制法在线测量CO2的比较[J]. 卢伟业,朱晓睿,李越胜,姚顺春,卢志民,曲艺,饶雨舟,李峥辉. 红外与激光工程. 2018(07)
[2]基于可调谐半导体激光吸收光谱的小型化C2H2测量系统[J]. 蒋利军,邱选兵,周庆红,邵李刚,杨雯,魏计林,李传亮,马维光. 激光与光电子学进展. 2018(03)
[3]基于可调谐半导体激光吸收光谱的氧气浓度测量研究[J]. 高彦伟,张玉钧,陈东,何莹,尤坤,陈晨,刘文清. 光学学报. 2016(03)
[4]Hollow-waveguide-based carbon dioxide sensor for capnography[J]. 熊博,杜振辉,刘霖,张哲远,李金义,蔡琦玲. Chinese Optics Letters. 2015(11)
[5]基于HITRAN光谱数据库的TDLAS直接吸收信号仿真研究[J]. 齐汝宾,赫树开,李新田,汪献忠. 光谱学与光谱分析. 2015(01)
[6]真空环境下基于TDLAS温度测量与校准的实验研究[J]. 贾军伟,张书锋,彭志敏,柴昊,闵剑,栗继军,张明志. 真空科学与技术学报. 2014(12)
[7]基于多次反射样品池的TDLAS逃逸NH3检测研究[J]. 张增福,邹得宝,陈文亮,赵会娟,徐可欣. 光电子.激光. 2013(12)
[8]基于腔衰荡光谱（CRDS）技术的呼吸丙酮检测系统软件设计[J]. 龚智勇,康美玲,孙美秀,王储记,李迎新. 中国激光医学杂志. 2012(05)
[9]饲料中抗营养因子的研究进展[J]. 葛兴华,邱静,胡志和,杨曙明. 农产品质量与安全. 2012(S1)
[10]基于时分复用技术的吸收光谱气体温度在线测量研究[J]. 娄南征,李宁,翁春生. 光谱学与光谱分析. 2012(05)
硕士论文
[1]基于近红外长光程光声光谱的痕量气体探测研究[D]. 赵赫.郑州轻工业大学 2019
[2]中红外激光光谱燃烧场CO和NO污染物浓度测量[D]. 彭于权.中国科学技术大学 2018
[3]基于TDLAS的气体浓度检测系统的研究[D]. 刘如慧.燕山大学 2018
[4]在线气体分析仪中光谱数据处理算法的研究[D]. 庞超.西安电子科技大学 2015
[5]ARM主控型锁相放大器的研究[D]. 程万前.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[6]基于TDLAS的CO2气体检测分析系统[D]. 罗淑芹.哈尔滨工业大学 2013
[7]基于太赫兹时域光谱技术的氨气浓度检测与分析研究[D]. 何全华.天津大学 2013
[8]呼出氨气光声光谱检测及医学应用研究[D]. 梁丽荣.大连理工大学 2012
本文编号：3160236
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 气体检测技术概述
1.3 TDLAS技术在气体检测中的研究现状
1.4 太赫兹时域光谱技术在气体检测中的研究现状
1.5 本文的主要研究内容
第二章 气体检测理论及气体吸收池
2.1 引言
2.2 气体分子吸收理论
2.3 Lambert-Beer定律
2.4 吸收线强
2.5 气体分子吸收谱线线型
2.6 气体吸收池
2.6.1 TracePro仿真软件
2.6.2 White型吸收池
2.6.3 Herriott型吸收池
2.7 本章小结
2气体测量">第三章 基于TDLAS技术的呼吸CO2气体测量
3.1 引言
2 的吸收谱线选择"> 3.2 CO2 的吸收谱线选择
3.2.1 谱线选择原则
3.2.2 HITRAN数据库
3.2.3 谱线选择
3.3 实验设备
3.3.1 VCSEL激光器
3.3.2 激光驱动器
3.3.3 Herriott气体吸收池
3.3.4 光电探测器
3.4 实验结果与分析
3.4.1 压力对二次谐波信号的影响
3.4.2 浓度与二次谐波信号的线性关系
3.4.3 系统的稳定性
3.4.4 呼吸气体测量
3.4.5 运动过程中呼吸气体在线测量
3.5 本章小结
第四章 基于太赫兹时域光谱的丙酮气体研究
4.1 引言
4.2 太赫兹时域光谱系统
4.2.1 透射式太赫兹时域光谱系统
4.2.2 反射式太赫兹时域光谱系统
4.3 数据处理方法
4.4 实验装置
4.5 实验及结果分析
4.5.1 实验过程
4.5.2 实验结果分析
4.6 改造后的太赫兹时域光谱系统
4.7 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
个人简介及攻读学位期间取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]TDLAS直接吸收法和波长调制法在线测量CO2的比较[J]. 卢伟业,朱晓睿,李越胜,姚顺春,卢志民,曲艺,饶雨舟,李峥辉. 红外与激光工程. 2018(07)
[2]基于可调谐半导体激光吸收光谱的小型化C2H2测量系统[J]. 蒋利军,邱选兵,周庆红,邵李刚,杨雯,魏计林,李传亮,马维光. 激光与光电子学进展. 2018(03)
[3]基于可调谐半导体激光吸收光谱的氧气浓度测量研究[J]. 高彦伟,张玉钧,陈东,何莹,尤坤,陈晨,刘文清. 光学学报. 2016(03)
[4]Hollow-waveguide-based carbon dioxide sensor for capnography[J]. 熊博,杜振辉,刘霖,张哲远,李金义,蔡琦玲. Chinese Optics Letters. 2015(11)
[5]基于HITRAN光谱数据库的TDLAS直接吸收信号仿真研究[J]. 齐汝宾,赫树开,李新田,汪献忠. 光谱学与光谱分析. 2015(01)
[6]真空环境下基于TDLAS温度测量与校准的实验研究[J]. 贾军伟,张书锋,彭志敏,柴昊,闵剑,栗继军,张明志. 真空科学与技术学报. 2014(12)
[7]基于多次反射样品池的TDLAS逃逸NH3检测研究[J]. 张增福,邹得宝,陈文亮,赵会娟,徐可欣. 光电子.激光. 2013(12)
[8]基于腔衰荡光谱（CRDS）技术的呼吸丙酮检测系统软件设计[J]. 龚智勇,康美玲,孙美秀,王储记,李迎新. 中国激光医学杂志. 2012(05)
[9]饲料中抗营养因子的研究进展[J]. 葛兴华,邱静,胡志和,杨曙明. 农产品质量与安全. 2012(S1)
[10]基于时分复用技术的吸收光谱气体温度在线测量研究[J]. 娄南征,李宁,翁春生. 光谱学与光谱分析. 2012(05)
硕士论文
[1]基于近红外长光程光声光谱的痕量气体探测研究[D]. 赵赫.郑州轻工业大学 2019
[2]中红外激光光谱燃烧场CO和NO污染物浓度测量[D]. 彭于权.中国科学技术大学 2018
[3]基于TDLAS的气体浓度检测系统的研究[D]. 刘如慧.燕山大学 2018
[4]在线气体分析仪中光谱数据处理算法的研究[D]. 庞超.西安电子科技大学 2015
[5]ARM主控型锁相放大器的研究[D]. 程万前.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[6]基于TDLAS的CO2气体检测分析系统[D]. 罗淑芹.哈尔滨工业大学 2013
[7]基于太赫兹时域光谱技术的氨气浓度检测与分析研究[D]. 何全华.天津大学 2013
[8]呼出氨气光声光谱检测及医学应用研究[D]. 梁丽荣.大连理工大学 2012
本文编号：3160236
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