基于快速线性调频激光的气体探测技术研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cklove111
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在人们的日常生产生活中,甲烷泄露引起的爆炸事故、有害气体的大量排放、工厂的化学气体不慎泄露不绝于耳,这促使着人们不断地去探索研究更加可靠、准确的气体检测方法来杜绝此类危险事件的发生。常见的气体检测方法有光学检测法、化学检测法等。与其他检测方法相比,光学检测法具有操作简便、检测范围广等优点。本论文所研究的是光学检测法中的一种,主要工作重心在于利用外调制技术,单边带调制技术与四波混频原理,为获得扫频速度更快、光谱覆盖范围更宽的探测技术而展开研究。实验系统通过MATLAB编写一个程序作为任意波形发生器(Arbitrary Waveform Generator,AWG)信号数据的来源进行程序控制输出,产生线性快速变化的电信号。使用外调制技术,通过电光调制器(Electro-Optic Modulator,EOM)将AWG发出的信号加载于激光,获得线性度<10-4,扫频速率达到MHz量级的快速线性变化的光源。为了使光源的利用率更高,并获得更大的扫频范围以及更宽的光谱覆盖率,将单边带线性扫频技术与四波混频原理应用到气体探测技术当中,搭建完善的光源生成和气体吸收光谱的测量系统。实现双模与单模扫频光源的输出后,将在实验中引入四波混频原理分别做一次四波混频及二次四波混频的扩频工作,分别得到二倍频光与四倍频光。得到的光源进入气池后,由于光波与气体分子相互的作用,产生气体的吸收光谱。根据我们所获取的光谱及比尔-朗伯(Beer-Lambert)定律实现对气体浓度的测量。根据实验室具备的分布式反馈激光器(Distributed Feedback Laser,DFB)所具有的比较稳定的波长范围,将对吸收波段在1530.37 nm附近的乙炔气体,进行不同压强下乙炔气体的测量实验,通过获得气体的吸收光谱反演乙炔气体浓度为99.24%。将测量结果与理论仿真结果进行对比分析,并与传统气体传感检测方法进行比较,分析其优势及其应用前景。
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