中红外波段痕量乙烯探测系统的研究
发布时间：2021-05-12 06:48
乙烯作为一种气体植物激素对植物的生长发育起着重要作用,常用以水果催熟,在医疗领域通过检测人体呼出气体中乙烯含量可用于分析人体发病的氧化应激。同时,乙烯是促进城市地区对流层臭氧形成的主要污染物之一,主要来源于汽车尾气和工业排放。因此,开展乙烯的痕量气体检测在大气化学、医学诊断和植物生物学中等领域都具有重要的意义。本文重点围绕离轴积分腔输出光谱技术进行理论和实验研究。在积分腔输出光谱技术中通过调节激光的入射角,采用离轴入射模式,激发大量的高阶膜,使腔模密度增大,腔模结构基本消失,抑制腔模噪声,提高系统的信噪比。相比近红外波段,乙烯在中红外呈现更强的吸收特性,本文设计了一套基于外腔量子级联激光器（EC-QCL）的离轴积分腔输出光谱（OA-ICOS）装置对1ppm标准乙烯气体进行测量。激光器波长范围可实现962-1067cm-1,线宽小于10MHz,出射光经光隔离器耦合进入长60cm、由两片高反射率镜片（>99.99%）组成的谐振腔中,透过谐振腔的信号经聚焦透镜由光电探测器接收。根据HITRAN 2012数据库,给出了典型空气组分中其他气体对乙烯吸收干扰的模拟仿真,...
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本论文的主要研究内容与创新点
第2章 激光吸收光谱技术
2.1 分子吸收光谱
2.1.1 分子能级结构
2.1.2 红外吸收光谱理论
2.2 朗伯-比尔定律
2.3 谱线的展宽机制与线型
2.4 吸收光谱检测技术
2.4.1 长光程吸收光谱技术
2.4.2 调制光谱技术
2.4.3 腔衰荡光谱技术
2.4.4 光声光谱技术
2.5 本章小结
第3章 基于离轴积分腔的系统设计
3.1 积分腔输出光谱原理
3.1.1 腔增强吸收光谱原理
3.1.2 离轴积分腔吸收光谱原理
3.2 实验装置
3.2.1 中红外量子级联激光器
3.2.2 光隔离器
3.2.3 FP频率标定
3.2.4 光学谐振腔
3.2.5 探测器
3.3 谱线与压强的选择
3.4 实验平台搭建与结果分析
3.5 本章小结
第4章 基于波长调制技术的痕量乙烯探测
4.1 波长调制原理
4.2 基于WMS乙烯谱线仿真
4.3 实验装置
4.4 实验结果与跳模分析
4.5 本章小结
第5章 总结与展望
参考文献
读研期间参与课题和发表专利情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光声光谱的乙烯探测技术[J]. 陈颖,高光珍,蔡廷栋. 中国激光. 2017(05)
[2]N2O的近红外腔增强吸收光谱技术研究[J]. 吴志伟,董燕婷,周卫东. 光谱学与光谱分析. 2014(08)
[3]可调谐半导体激光吸收光谱技术检测痕量乙烯气体的系统研制[J]. 潘卫东,张佳薇,戴景民,宋凯. 光谱学与光谱分析. 2012(10)
[4]可调谐半导体激光吸收光谱法监测燃烧过程中CO浓度的变化[J]. 夏慧,刘文清,张玉钧,阚瑞峰,陈东,崔益本,何莹,陈玖英,王敏,王铁栋. 光谱学与光谱分析. 2008(11)
[5]开放光程TDLAS系统对北京城区NH3浓度的连续检测[J]. 陈东,刘文清,张玉钧,刘建国,王晓梅,阚瑞峰,王敏. 光学技术. 2007(02)
[6]A high sensitivity spectrometer with tunable diode laser for ambient methane monitoring[J]. 阚瑞峰,刘文清,张玉钧,刘建国,王敏,陈东,陈玖英,崔益本. Chinese Optics Letters. 2007(01)
[7]高灵敏度离轴积分腔输出光谱技术[J]. 赵卫雄,高晓明,张为俊,黄腾. 光学学报. 2006(08)
[8]CO2的腔增强吸收与高灵敏吸收光谱研究[J]. 裴世鑫,高晓明,崔芬萍,黄伟,邵杰,樊宏,张为俊. 光谱学与光谱分析. 2005(12)
[9]基于扫描激光的腔增强吸收光谱研究[J]. 裴世鑫,高晓明,崔芬萍,黄伟,杨颙,邵杰,樊宏,张为俊. 光学与光电技术. 2004(06)
[10]利用光参量振荡器测量腔内增强吸收光谱(英文)[J]. 李少成,于清旭. 光电子·激光. 2003(05)
博士论文
[1]基于TDLAS的痕量乙烯气体检测技术研究[D]. 潘卫东.哈尔滨工业大学 2013
[2]基于腔增强吸收光谱的污染气体检测研究[D]. 董磊.山西大学 2007
硕士论文
[1]基于光谱吸收法的乙烯气体浓度检测系统研究[D]. 杨雪玲.山东大学 2010
本文编号：3182946
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本论文的主要研究内容与创新点
第2章 激光吸收光谱技术
2.1 分子吸收光谱
2.1.1 分子能级结构
2.1.2 红外吸收光谱理论
2.2 朗伯-比尔定律
2.3 谱线的展宽机制与线型
2.4 吸收光谱检测技术
2.4.1 长光程吸收光谱技术
2.4.2 调制光谱技术
2.4.3 腔衰荡光谱技术
2.4.4 光声光谱技术
2.5 本章小结
第3章 基于离轴积分腔的系统设计
3.1 积分腔输出光谱原理
3.1.1 腔增强吸收光谱原理
3.1.2 离轴积分腔吸收光谱原理
3.2 实验装置
3.2.1 中红外量子级联激光器
3.2.2 光隔离器
3.2.3 FP频率标定
3.2.4 光学谐振腔
3.2.5 探测器
3.3 谱线与压强的选择
3.4 实验平台搭建与结果分析
3.5 本章小结
第4章 基于波长调制技术的痕量乙烯探测
4.1 波长调制原理
4.2 基于WMS乙烯谱线仿真
4.3 实验装置
4.4 实验结果与跳模分析
4.5 本章小结
第5章 总结与展望
参考文献
读研期间参与课题和发表专利情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光声光谱的乙烯探测技术[J]. 陈颖,高光珍,蔡廷栋. 中国激光. 2017(05)
[2]N2O的近红外腔增强吸收光谱技术研究[J]. 吴志伟,董燕婷,周卫东. 光谱学与光谱分析. 2014(08)
[3]可调谐半导体激光吸收光谱技术检测痕量乙烯气体的系统研制[J]. 潘卫东,张佳薇,戴景民,宋凯. 光谱学与光谱分析. 2012(10)
[4]可调谐半导体激光吸收光谱法监测燃烧过程中CO浓度的变化[J]. 夏慧,刘文清,张玉钧,阚瑞峰,陈东,崔益本,何莹,陈玖英,王敏,王铁栋. 光谱学与光谱分析. 2008(11)
[5]开放光程TDLAS系统对北京城区NH3浓度的连续检测[J]. 陈东,刘文清,张玉钧,刘建国,王晓梅,阚瑞峰,王敏. 光学技术. 2007(02)
[6]A high sensitivity spectrometer with tunable diode laser for ambient methane monitoring[J]. 阚瑞峰,刘文清,张玉钧,刘建国,王敏,陈东,陈玖英,崔益本. Chinese Optics Letters. 2007(01)
[7]高灵敏度离轴积分腔输出光谱技术[J]. 赵卫雄,高晓明,张为俊,黄腾. 光学学报. 2006(08)
[8]CO2的腔增强吸收与高灵敏吸收光谱研究[J]. 裴世鑫,高晓明,崔芬萍,黄伟,邵杰,樊宏,张为俊. 光谱学与光谱分析. 2005(12)
[9]基于扫描激光的腔增强吸收光谱研究[J]. 裴世鑫,高晓明,崔芬萍,黄伟,杨颙,邵杰,樊宏,张为俊. 光学与光电技术. 2004(06)
[10]利用光参量振荡器测量腔内增强吸收光谱(英文)[J]. 李少成,于清旭. 光电子·激光. 2003(05)
博士论文
[1]基于TDLAS的痕量乙烯气体检测技术研究[D]. 潘卫东.哈尔滨工业大学 2013
[2]基于腔增强吸收光谱的污染气体检测研究[D]. 董磊.山西大学 2007
硕士论文
[1]基于光谱吸收法的乙烯气体浓度检测系统研究[D]. 杨雪玲.山东大学 2010
本文编号：3182946
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