氨氣（NH₃）是一種具有腐蝕性的有毒有害的工業(yè)氣體,對皮膚組織有腐蝕和刺激作用。其對于大氣質(zhì)量、環(huán)境安全、人體健康等有著極大的危害,因此高精度的實時監(jiān)測NH₃濃度對于維護環(huán)境質(zhì)量、生存環(huán)境改善等有著巨大的推進作用,在對大氣環(huán)境質(zhì)量的準確預(yù)報、環(huán)境災(zāi)害的準確預(yù)警、工業(yè)的安全生產(chǎn)和減少燃爆事故的發(fā)生等方面具有重要的科學意義和社會意義。目前,TDLAS激光氣體檢測技術(shù)的研究與開發(fā)普遍采用DFB激光作為檢測光源。該技術(shù)方案相對功耗較高且體積較大,這將TDLAS檢測技術(shù)的應(yīng)用限制在對功率不敏感的場合中。效率高、功率低、體積小是VCSEL型激光器的特點,針對功率敏感的應(yīng)用,VCSEL激光器可以有效地改善TDLAS檢測技術(shù)整個系統(tǒng)的功耗和體積問題。本論文在基金委國家重大科研儀器研制項目—“采用VCSEL核心激光光源的微型化普適型TDLAS氣體檢測系列模塊的研制”（No.61727822）的支持下,深入分析VCSEL激光器作為核心光源的TDLAS檢測技術(shù),推導(dǎo)了檢測過程中檢測信號的變化過程,為NH₃檢測系統(tǒng)的研制提供了理論依據(jù)。根據(jù)TD...

【文章來源】： 中國科學院大學(中國科學院長春光學精密機械與物理研究所)吉林省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 NH₃ 氣體檢測方法介紹
    1.3 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)
    1.4 VCSEL垂直腔表面發(fā)射激光器的特點
    1.5 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
    1.6 論文主要研究內(nèi)容
第2章 TDLAS氣體濃度檢測理論
    2.1 氣體吸收光譜理論
        2.1.1 氣體分子紅外光譜學理論基礎(chǔ)
        2.1.2 氣體分子吸收光譜的譜線函數(shù)和譜線展寬
    2.2 TDLAS氣體檢測技術(shù)
        2.2.1 比爾朗伯定律
        2.2.2 TDLAS-WMS諧波檢測原理
    2.3 單光路時分復(fù)用差分調(diào)制技術(shù)
    2.4 NH₃ 氣體吸收譜線的選取
    2.5 本章小結(jié)
第3章 TDLAS氣體檢測技術(shù)的仿真研究
    3.1 激光器驅(qū)動信號仿真
    3.2 NH₃ 直接吸收過程仿真
    3.3 TDLAS-WMS檢測系統(tǒng)仿真
    3.4 本章小結(jié)
第4章 VCSEL型 NH₃ 氣體檢測系統(tǒng)設(shè)計
    4.1 可調(diào)諧VCSEL激光器的選型
    4.2 VCSEL激光器小電流驅(qū)動電路
        4.2.1 階梯分段式掃描信號發(fā)生電路
        4.2.2 時分復(fù)用正弦調(diào)制信號發(fā)生電路
        4.2.3 信號疊加電路
        4.2.4 壓控恒流源電路
    4.3 VCSEL激光器高精度溫度控制電路
        4.3.1 溫度采集電路
        4.3.2 TEC制冷器驅(qū)動電路
        4.3.3 PID溫度控制算法
    4.4 氣室及光學結(jié)構(gòu)設(shè)計
    4.5 光電探測器及預(yù)處理電路
        4.5.1 光電探測器的選擇
        4.5.2 光電探測器前置放大電路
    4.6 鎖相放大器
        4.6.1 鎖相放大器分類
        4.6.2 鎖相放大器選型
    4.7 主控芯片及外圍電路部分
    4.8 本章小結(jié)
第5章 實驗結(jié)果及分析
    5.1 激光器驅(qū)動信號測試
    5.2 激光器光譜輸出測試
    5.3 光電探測器探測測試
    5.4 NH₃ 檢測系統(tǒng)各項性能指標
        5.4.1 檢測系統(tǒng)的標定
        5.4.2 系統(tǒng)檢測下限
        5.4.3 系統(tǒng)檢測準確度和誤差分析
        5.4.4 系統(tǒng)穩(wěn)定性
    5.5 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 研究展望
參考文獻
致謝
作者簡歷及攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]基于TDLAS的煙氣中CO濃度混合取樣式在線監(jiān)測 [J]. 周佩麗,譚文,彭志敏.  儀器儀表學報. 2019(11)
[3]TDLAS直接吸收法測量CO2的基線選擇方法 [J]. 朱曉睿,盧偉業(yè),饒雨舟,李越勝,盧志民,姚順春.  中國光學. 2017(04)
[4]基于亞波長光柵的VCSEL偏振控制研究 [J]. 江孝偉,關(guān)寶璐.  發(fā)光學報. 2017(06)
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[7]基于TDLAS-WMS的中紅外痕量CH4檢測儀 [J]. 曲世敏,王明,李楠.  光譜學與光譜分析. 2016(10)
[8]大氣環(huán)境中先進與實用NH3測量技術(shù)進展 [J]. 張佳薇,王云龍,薛瑞,李明寶.  傳感器與微系統(tǒng). 2013(12)
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碩士論文
[1]基于可調(diào)諧激光吸收光譜技術(shù)的逃逸氨檢測系統(tǒng)研究[D]. 李艾宸.華北電力大學(北京). 2017
[2]基于TDLAS技術(shù)的氨氣檢測的研究[D]. 趙迎.天津大學. 2014
[3]可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的研究[D]. 史國柱.北京工業(yè)大學. 2013
[4]基于近紅外光譜吸收原理的氣體傳感研究[D]. 鄭林.天津大學. 2012



本文編號：3549552