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1、第38卷第10期中国激光Vol.38,No.102011年10月CHINESEJOURNALOFLASERSOctober,2011基于数字频率锁定技术实时探测实际大气中甲烷浓度王贵师蔡廷栋汪磊谈图张为俊高晓明(中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学研究室,安徽合肥230031)摘要利用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术对气体进行长时间实时监测时,激光器波长的漂移会给测量精度造成较大的影响。为了消除这种影响,利用Lab-VIEW设计的数字比例积分微分(PID)算法和软件数字锁相,将激光频率锁定在待测气体的吸收峰上。采用1.653Lm的分布式反馈(DFB)半导体激光器作为光源,结合
2、100m离散型Herriot吸收池,选择空气中的甲烷作为研究对象,对系统性能进行了测试和分析。结果表明,该系统可以将激光器稳定在?0.001cm-1范围内,对激光器的漂移起到了很好的抑制作用。系统使用二次谐波测量时1s积分-8时间内检测限约为1.8@10体积分数,可以满足环境空气中甲烷的长时间监测。该方法可以直接应用于其他痕量气体探测、燃烧诊断等领域。关键词激光技术;可调谐半导体激光吸收光谱;波长调制;软件数字锁相;数字比例积分微分;Lab-VIEW;实时测量中图分类号O433.1文献标识码Adoi:10.3788/CJL201138.1008002ApplicationofDigitalF
3、requencyLockingTechniquesinReal-TimeMeasurementofMethaneinAtmosphereWangGuishiCaiTingdongWangLeiTanTuZhangWeijunGaoXiaoming(LaboratoryofEnvironmentalSpectroscopy,AnhuiInstituteofOpticsandFineMechanics,ChineseAcademyofSciences,Hefei,Anhui230031,China)AbstractThefluctuationoflaserbringsmanytroubleswh
4、entunablediodelaserabsorptionspectroscopy(TDLAS)isusedintherea-ltimemeasurementofgases.Foreliminatingthisinfluence,anovelmethod,inwhichadigitalproportionintegrationdifferentiation(PID)algorithmandasoftwarelock-inamplifierdesignedbyusingLab-VIEWareemployed,isintroducedtolockthelasertothecenterofthea
5、bsorptionline.Inordertotestthesystem,threeintimateabsorptionlinesofmethanenear1.653Lmarechosenbyusingfiber-coupleddistributedfeedback(DFB)diodelaser.A24-hourcontinuousmeasurementisimplemented.Relativeresultsarepresentedanddiscussed.Thedetectionlimitislowerthan1.8@10-8whilethesecondharmonicsignalmea
6、surementisutilized.Thismethodcanbeappliedtothedetectionoftracegasesbyusingotherlongpathlengthcells(CEAS)orcombustiondiagnosis.Keywordslasertechnique;tunablediodelaserabsorptionspectroscopy;wavelengthmodulation;softwarelock-in;digitalproportionintegrationdifferentiation;Lab-VIEW;rea-ltimemeasurement
7、OCIScodes280.3420;300.6430;140.3600;300.62601引言技术得到了快速的发展,已广泛应用于等离子体温[6][7,8][9]度在线测量、燃烧诊断、工业污染监测、大气由于可调谐半导体激光器具有可调谐、窄线宽[10]等优点,可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)[1~5]痕量气体成分检测等许多领域。收稿日期:2011-04-28;收到修改稿日期:2011-06-01基金项目:国
