為了提高復(fù)雜環(huán)境中甲烷氣體探測的適用性,選擇空芯帶隙型光子晶體光纖(單端鍍?nèi)茨?作為光學(xué)氣室,實現(xiàn)了置入式同源甲烷濃度的探測。采用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TDLAS)技術(shù),結(jié)合長度為0.5 m的空芯帶隙型光子晶體光纖,實現(xiàn)了甲烷氣體的在線測量,系統(tǒng)的檢測下限可達(dá)到1.92×10^-5,穩(wěn)定性波動小于±2.18%。單端全反射設(shè)計配合同源探測方式使復(fù)雜環(huán)境中的甲烷濃度的置入式探測成為可能,為單光源分布式探測提供了研究基礎(chǔ)。

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【部分圖文】：

圖1近紅外1653nm附近常見氣體的吸收強(qiáng)度。

采用TDLAS技術(shù)對激光器進(jìn)行驅(qū)動,該檢測技術(shù)對環(huán)境干擾(如機(jī)械振動、溫度漂移)帶來的影響具有較強(qiáng)的魯棒性,可有效降低系統(tǒng)中的低頻噪聲對檢測結(jié)果的影響。TDLAS技術(shù)采用高頻正弦波疊加低頻鋸齒波的方式對激光器進(jìn)行驅(qū)動,根據(jù)激光器的發(fā)光特性,當(dāng)驅(qū)動電流變化時,其輸出波峰的中心頻率會....

圖2近紅外甲烷探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

光纖氣室近光源端與普通光纖熔接,空芯光子晶體光纖的中間被截斷,并用C型套環(huán)進(jìn)行連接,作為外界待測氣體擴(kuò)散接口,遠(yuǎn)光源端鍍銀對待測信號進(jìn)行全反射,反射信號經(jīng)光環(huán)形器后被送入探測器,以避免對激光器光源造成影響。3.1激光器驅(qū)動設(shè)計

圖3激光器溫控穩(wěn)定性實驗結(jié)果

為了驗證溫控性能,進(jìn)行了超過12h的長時間測試,測試環(huán)境溫度為24.62℃,結(jié)果如圖3所示。激光器溫度可在11s內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)間(±5%),波動范圍不超過±0.018℃。與傳統(tǒng)PID溫度調(diào)控方法相比,模糊PID溫度調(diào)控耗時更短,波動范圍更小。激光器輸出譜段調(diào)節(jié)過程如下:首先....

圖4激光器輸出光譜測試結(jié)果(驅(qū)動電流為50mA,驅(qū)動溫度變化范圍為39～44℃)。

在信號處理部分,InGaAs探測器輸出的電壓信號首先被DAQ采集,LabVIEW平臺的數(shù)字正交鎖相放大器提取二次諧波信號,建立電壓信號與待測氣體濃度的數(shù)學(xué)關(guān)系。為了驗證正交鎖相放大器對二次諧波的提取能力,采用氣體質(zhì)量流量計配制體積分?jǐn)?shù)為10%的甲烷樣品氣體,激光器的溫度設(shè)為18....

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