基于DFB-QCL的二硫化碳高灵敏检测技术与仪器

发布时间：2020-06-20 20:11

【摘要】：二硫化碳(CS_2)是一种分布广泛的有毒、恶臭的环境污染物,会对工业安全和人体健康造成严重威胁,二硫化碳气体的在线监测对污染排放控制和安全保障具有重要意义。本文针对二硫化碳在中红外谱段的带状谱吸收特征,研究基于分布反馈式量子级联激光器(DFB-QCL)的高灵敏检测技术,实现了二硫化碳气体的在线监测。主要工作包括:第一,DFB-QCL光机耦合组件的设计、制作及验证。根据QCL激光器热功率大、散热要求高等特点以及实际工作中的温度控制需求,设计制作了QCL光机组件,核心模块有两级温控、激光器夹持、光路准直微调。加工装配后对组件温控性能进行了测试,验证了QCL组件在实际工作过程中的有效性和稳定性。第二,发展了两种基于DFB-QCL的高灵敏的带状吸收光谱检测技术。先利用光谱数据库在拟测量谱段内分析二硫化碳常见共存物的吸收干扰,筛选了二硫化碳工作谱线。然后一方面,采用DFB-QCL差分吸收光谱技术,从算法推导、仿真实验、实测实验三个方面对窄谱段(约3个波数)内实现多种气体检测的有效性和准确性进行了分析,并实现了二硫化碳、一氧化碳和氧化亚氮的同时测量;另一方面,采用DFB-QCL调制吸收光谱技术,针对带状谱调制检测中谱线重叠的问题对调制系数选取和光学条纹消除两个关键点进行了优化与实验验证,实现了二硫化碳的高灵敏、高特异性检测。第三,二硫化碳在线分析仪的集成与性能评价。在QCL光机组件和所发展的带状谱调制吸收光谱技术以及本实验室先前自主研发的数字锁相电路板、温度控制板的基础上,集成了高灵敏的二硫化碳在线分析仪,并设计实验对分析仪的线性度、检测限、重复性、零点漂移、不确定度等性能进行了评价。本文设计的光机组件为QCL激光器提供了至关重要的安全防护、激光准直输出、两级温度控制环节和注入电流接口;QCL差分吸收光谱技术实现了在窄谱段内的多种气体同时高灵敏检测,而QCL调制吸收光谱技术则是在带状吸收上实现了调制谱检测,这是对调谐吸收光谱技术的重要补充和拓展。二硫化碳激光分析仪的评价结果,充分展示了QCL光机组件的高稳定性、宽带调制吸收光谱技术的高灵敏与强抗干扰能力,可应用于现场环境下二硫化碳在线监测,对于其它宽带吸收气体的检测也具有借鉴价值。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH744.5
【图文】：

差分吸收光谱示意图

图 2-2 二硫化碳的吸收系数谱图，光谱分辨率 0.06cm-1，1atm，296 K。在二硫化碳的带状谱检测中，为了查找空气成分在光谱上对二硫化碳的强扰，我们在二硫化碳 ν1+ν3 吸收谱带范围内用 HITRAN 数据库的 IAO 标准模型[48]进行空气成分干扰谱线分析。在实验室激光器可达到的调谐范

【参考文献】

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本文编号：2722910