文献综述段增超

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1、基于TDLAS的一氧化碳气体浓度测量技术研究摘要：随着世界工业化的进展，环境污染已日趋严重，环境保护问题也越來越引起人们的关注，空气污染给人们的健康带来较大的危害，环境污染的有效监测与控制，需要一系列的新型传感测量技术。因此，在环境污染和工业化生产过程中，研宄高精度、高灵敏度测量技术以实现对一氧化碳气体浓度的测量具有重要意义。本文探讨了激光二极管频率调制和谐波检测技术后，采用可调谐二极管激光器吸收光谱学技术测量一氧化碳气体浓度的技术方法。关键字：吸收光谱学、调制、谐波检测、浓度测量一、引言环境污染是指人类直接或间接地向环境排放超过其自净能力的物质或能量，从而使环境的质

2、量降低，对人类的生存与发展、生态系统和财产造成不利影响的现象。具体包括：水污染、大气污染、噪声污染和放射性污染等。随着科学技术水平的发展和人民生活水平的提高，环境污染也在增加，环境污染问题越来越成为世界各个国家的共同课题之一。众所周知，一氧化碳相对空气比重为0.967,不能溶于水，是一种无色、无味气体。主要来源于含碳燃料、卷烟的不完全燃烧，其次是炼焦、炼钢、炼铁等工业生产过程所产生的。一氧化碳在常温状态下其化学性质并不活泼，当其在空气中的混合比例处于12.5%至76%时，遇到火源能够发生爆炸。一氧化碳还是有剧毒性的气体。我国空气环境质量标准规定居住区一氧化碳日平均浓度

3、低于4.00毫克/立方米。因此，实时监测一氧化碳的产生源、泄漏源，对于人身安全、工业生产的安全进行及环境保护都有着重要的意义。从基本原理上讲吸收光谱学技术具有很大优势，由于过去激光制造技术的相对落后，这项技术得不到快速发展。这是因为当吋基于Pb盐的激光源在5-范围内冋吋存在多种波长。因此，还需要过滤器来选择单一波长。另外，激光源和探测器的工作温度要保持在在几十K左右，需要液氮来进行冷却，功率也只有几十PW,因此，吸收光谱学技术的发展严重受制于这些因素。随着半导体电子技术的发展，基于InGaAsP/InP材料的可调谐激光二极管(TDL)出现，给红外吸收光谱学技术的发展迎

4、来曙光，彻底改变了上述的闲境。由于这种激光器可在室温下工作、可调谐、可调频、调幅、输出谱线窄、方向性好、分别率极高、输出波长-频率可在较大范围内连续可调、长期工作的稳定性及功率大等诸多优点，使得可调谐半导体二极管激光器吸收光谱学技术(TDLAS)在工业界迅速发展起来。二、国内发展综述目前，国内外已经研制出几种不同的半导体二极管激光器，这些激光器的发射光谱很窄，lOinf1为或更窄；另外，当二极管激光器的激光功率足够高时，可以使受激发分子的跃迁达到饱和。在这种情况下，光谱分辨率受多普勒的影响可以忽略不计，红外光谱学高的分辨率可以使工作者对分子的能级结构与动力学的联系作进

5、一步的研究。1.中国科学院半导体研究所，基于TDLAS技术的气体传感器，项0来源：公益事业专项资金。概况：基于可调谐二极管激光器吸收光谱技术(TDLAS)的气体传感器，是结合光电子学，光谱学，以及微弱信号处理等高新技术的气体传感器系统。该设备与传统的气体传感器装置(电化学法，气象色谱法，吸附法)相比具有更高的灵敏度，更精确的测量数据，更快的响应速度，以及在线实吋测量等特点。通过内建程序及显示屏，可以实吋显示当前的待测气体浓度，以及各测量量随吋间变化的曲线。标准的RS232通信接口可以方便的向上位机传输实吋测量数据。通过光纤和电缆的延伸，可以进行远端在线测试。通过可更换

6、的气室选择，完成不同环境下的测试任务。并且我们可以根据客户的要求进行定制气体(H2O，NO,CH4,FH)的测试。2.2011年，ZhangTingting,ZhaoYanjie,WeiYubin,WangChang,LiuTongyu在Proceedingsof2011WorldCongressonEngineeringandTechnology上发布ApplicationofFilteringinTraceC_2H_2DetectionbasedonTDLASo1.2011年12月8日，蔡彦，吴尚谦，伍昂，翟维，董跃辉在《科学技术与工程》期刊发表《TDLAS二次谐

7、波信号检测下限计算方法的研究》。2.2010年11月15日，张志荣，董凤忠，涂郭结，夏滑，庞涛，吴边，王煜在《光电子•激光》月刊发表《可调谐激光痕量气体检测中的数字滤波技术的优选》。3.2014年9月25日，阎杰，翟畅，王晓牛，黄文平在《中国仪器仪表》月刊发表《基于TDLAS的工业过程氧气分析仪》。4.2013年12月8日，张志荣，吴边，夏滑，庞涛，王高旋，孙鹏帅，董风忠，王煜在《物理学报》上发表《基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的气体浓度测量温度影响修正方法研究》。5.2013年12月15日，陈帆，陶波，黄斌，王可，张勇健，范玮在燃烧《科学与技术》