可调谐二极管激光器吸收光谱技术TDLAS气体传感器的研究(2)

1。2。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。文献综述

1。2。2 国内研究现状

1。3 研究的目的和意义

本文主要通过我对TDLAS的相关论文的阅读和研究，简单地介绍可调谐激光吸收光谱技术（TDLAS)及其原理，分析了TDLAS技术发展状况和研究成果。总结

TDLAS技术的应用范围和发展方向。

1。4 论文的内容和结构安排

本文深入研究了TDLAS技术，结合了国内外有关学者的研究TDLAS技术的进展和应用。本文的主要工作和内容安排如下：

第一章绪论，主要介绍了课题的研究背景和意义，综述了TDLAS技术的发展历史，以及国内外发展现状，并介绍了本文的工作安排；第二章详细阐述了TDLAS技术原理和TDLAT技术；第三章介绍了TDLAS技术分支和优点；第四章简单介绍了TDLAS技术在各个领域的应用成果和分析TDLAS技术发展趋势；第五章本文研究的主要内容进行总结和，提出一些目前TDLAT技术存的不足。

2 TDLAS技术原理介绍

2。1 TDLAS概述

基于朗博-比尔理论的可调谐激光二级管吸收光谱技术(TDLAS)为光谱吸收法的一种，TDLAS技术是通过检测一束光通过气体储存室后投射光强相对入射光强的变化来检测气体浓度的，它的理论依据为朗伯一比尔定律。TDLAS技术的灵敏度可以做到ppm量级，它的最高分辨率可以达到ppb量级。又因为可调谐的激光二极管的结构简单、便于携带、使用方法简单、功能强大和有很高的信噪比；特别是线宽狭窄和输出稳定，使该技术和传统的气体传感器系统相比，它的响应时间缩短很多。在TDLAS中应用波长调制技术或者频率调制技术，可以使来自激光源和探测器的噪声减少很多，有效地提高了系统的信噪比。来-自+优^尔*论L文W网www.youerw.com 加QQ75201.8766 可调谐二极管激光器吸收光谱技术TDLAS气体传感器的研究(2):http://www.youerw.com/wuli/lunwen_137345.html