毕业论文移动版

1  国外研究现状

可调谐二极管激光器于20世纪60年代中期被研究和制造出来，这样人们开始利用高分辨率的吸收光谱来测量气体浓度。20世纪70年代，Hinkley和Reid等人在最早提出了TDLAS技术[1]，他们利用改变的光器注入电流或温度，从而使激光器的输出波长实现微调，这个时候人们制造了铅盐半导体激光器和相关的气体传感器，但是它们只能工作很低的温度，系统结构也非常复杂，大大限制了它们应用。在1979年，H。Inaba和K。Chail等人利用TDLAS技术实现了对气体浓度的检测[2]，并于1983年他们利用可调谐激光器对甲烷浓度进行了检测最小检测浓度达到了2000ppmv。20世纪80年代，Reid提出了把波长调制技术（WMS）应用到TDLAS中，提出了计算气体浓度的数学表达式，使人们认识到TDLAS检测气体浓度的简单性和精确性。1990年，H。Tai和K。Yamamoto等人在甲烷浓度检测中使用了谐波检测技术，最小检测浓度提高到20ppmv。1991年，K。Uehara等人利用了同样的技术对乙炔和甲烷的混合物进行的了浓度的同时测量，甲烷的最小检测浓度提高到3ppmv，而乙炔为5ppmv。1994年Pavone等人利用了低频波长调制(1klz)、高频波长调(100MHz)和双频频率调制(390±6MHz)三种光谱检测技术分别对甲烷气体浓度进行检测，实验发现低频波长调制比后两者调谐技术的灵敏度低一个数量级。1996年V。Weldon等人利用TDLAS技术实现了对H2S和C02气体的浓度检测，检测限达到10ppmv和100ppmv。1998年，英国的G。Stewart等人使用空分复用技术对气体进行多点检测，最小检测浓度提升ppmv/m量级，他还提出减少气室中的背景噪声来进一步提升气体的最小检测浓度。2000年，T．Nakaya等人利用TDLAS技术对工厂甲的烷排放量进行实时在线检测，从此以后，TDALS技术逐渐应用于工厂生产中。2003年，S。Schilt等人指出半导体激光器电流强度调制和波长调制之间存在一个相位差[3]，它们用可调谐激光器对C02吸收线进行检测，结果表明它们的理论是正确的。2004年，他们研究出了测量电流强度调制和波长调制之间相位差的实验方法。2009年，Andreas Karpf等人将外腔量子级联激光器应用到TDLAS技术中，并对低浓度的N02气体进行测量，很短的光程中就能使最小测量浓度达到100ppbv量程。2012年美国普林斯顿大学的Lei Tao等人使用量子级联激光器构建了一个TDLAS气体测量装置[4]，用该装置实现了对大气中的N20和CO的同时检测，并达到了0。16ppbv与0。37ppbv的检测精度。87445

2  国内研究现状

相较于国外，国内TDLAS技术发展比较晚，香港理工大学靳伟应在1999年开始用直接调制技术和波长调制光谱技术对半导体二极管激光器进行调制，用调谐的激光来研究时分多路复用技术。靳伟应和喻洪波在2002年一起研究光纤气体多点传感系统[5]，当时此系统可以达到2000ppmv的检测灵敏度。在2004年，中国科学院安徽光学精密机械研究所的黄伟等人利用TDLAS技术设计和制造了一个可调谐近红外二极管激光光谱仪[6]，他们在实验室利用该系统对各种浓度的C02进行了实验测量，当吸收光程为170m时，可以探测C02的最小压力1。9995Pa，在如此低压下，它的测量精度和系统的信噪比仍然非常高。2005年，李宁等人建立了C02在6359。97cm-1处的吸收谱线模型[7]，用HITRAN数据库中的参数，通过实验来总结气体压强、气体温度、激光扫描范围和光谱吸收率等随机误差对气体浓度测量的影响，给出了最小可探测浓度和气体压强论文网、气体温度的变化规律；同一年，中国科学院安徽光机所董风忠等人研制了一套用来检测大气中甲烷浓度的TDLAS检测装置[8]，该检测装最小检测浓度达到了ppbV量级，而且当激光器的波长调谐范围增大时，还可同时测量多种气体浓度。2005年，中国科学院安徽光机所的王敏等利用TDLAS技术实现了对痕量气体二次谐波的准确检测[9]。2008年，西南科技大学矫晓敏等人对TDLAS系统测量误差的来源进行了研究[10]，他们提出了最小二乘法来降低系统噪声，提高系统的检测灵敏度和信噪比。2010年，中科院安徽光机所张帅等人介绍了在线式TDLAS技术[11]，讨论了用最小二乘法反演计算气体浓度，通过对信号进行了数字滤波处理，使该系统响应速度非常快，有力的提高了系统检测灵敏度和信噪比，他们还将其用于在线监测硫化氢的浓度。2011年，天津大学张瑞峰等人介绍了一种用TDLAS及时测量矿井瓦斯浓度的遥测系统[12]，该系统不是检测透射光的衰减来测量甲烷气体浓度，而是选择了反射回来得光信号的谐波分量，这样可以消除测量气室中杂质气体和粉尘等对激光光强的衰减造成的误差，大大提高了系统的检测灵敏度，探测灵敏度可以达到为0。0716mg/m3，探测距离最远可达到10m左右。从我国TDLAS发展状况可知，我国TDLAS技术起步比较晚，主要是一些大学和关机所在研究TDLAS技术，现在还处于不断提高测量精度和灵敏度的过程，先进的TDLAT技术和多气体参数同时测量技术研究较少，和国外TDLAS技术的发展状况相比。我国还有不小的差距。 (责任编辑：qin)