可調(diào)諧半導(dǎo)體激光光譜技術(shù)（TDLAS）是目前發(fā)展十分迅速的光譜檢測(cè)技術(shù),被廣泛用于檢測(cè)工業(yè)環(huán)境中的易燃易爆等危險(xiǎn)氣體;這些危險(xiǎn)氣體往往是多種氣體混合而成,待測(cè)氣體的直接吸收光譜在不同的背景氣體下會(huì)發(fā)生改變,濃度計(jì)算結(jié)果存在誤差;故而提出一種新型的混合氣體濃度算法。針對(duì)不同背景氣體下的混合氣體濃度算法進(jìn)行了討論,研究了不同背景氣體下洛倫茲吸收譜產(chǎn)生變化的原因,并分析了峰值算法和積分算法在計(jì)算混合氣濃度存在誤差的原因,提出了采用Levenberg-Marquardt算法擬合出洛倫茲吸收譜,利用面積系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)濃度進(jìn)行二次擬合來(lái)表征混合氣濃度的算法。實(shí)驗(yàn)搭建了基于TDLAS技術(shù)的氣體檢測(cè)系統(tǒng),采用中心波長(zhǎng)為1 368.59 nm的激光器,氣室長(zhǎng)度為30 cm,以水汽為待測(cè)氣體,干燥空氣、氮?dú)�、氬氣作為背景氣體,利用國(guó)瑞智雙壓法濕度發(fā)生器GRZ5013產(chǎn)生40%～80%的相對(duì)濕度環(huán)境,以Mitchell-s8000露點(diǎn)儀的測(cè)量結(jié)果作為參考值,通過(guò)計(jì)算干燥空氣為背景氣體下的峰值、積分和面積系數(shù),擬合三者與Mitchell露點(diǎn)儀測(cè)量的水汽濃度結(jié)果,得到三種算法二次擬合關(guān)系,再對(duì)氮?dú)夂蜌鍤獗尘跋碌乃?.. 

【文章來(lái)源】：光譜學(xué)與光譜分析. 2020,40(10)北大核心EISCICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

同濃度不同半高寬下吸收譜線的模擬結(jié)果

迭代計(jì)算可以通過(guò)Matlab實(shí)現(xiàn), 進(jìn)一步得到式(8)的最優(yōu)化待定系數(shù)。 根據(jù)洛倫茲吸收譜線的線型定義, x1為譜線中心頻率, 是洛倫茲吸收譜線中心峰值的頻率位置; x2為譜線半高寬系數(shù), 表征了洛倫茲吸收譜線展寬程度; x3為面積系數(shù), 表征了整體的洛倫茲吸收程度; x4ν+x5是基線函數(shù)。 將最優(yōu)化待定系數(shù)帶入目標(biāo)函數(shù), 扣除基線函數(shù), 獲得擬合后的洛倫茲吸收譜, 利用面積系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)濃度二次擬合, 得到表征濃度的算法。 整體算法流程圖如圖2所示。3 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由TDLAS水汽測(cè)試系統(tǒng)、 Michell-s8000露點(diǎn)儀和國(guó)瑞智GRZ5013濕度發(fā)生器組成。 國(guó)瑞智濕度發(fā)生器采用雙壓法原理, 用于產(chǎn)生各種背景氣體的相對(duì)濕度環(huán)境, Michell露點(diǎn)儀用來(lái)測(cè)量實(shí)際的水汽濃度。 TDLAS水汽測(cè)試系統(tǒng)選用中心波長(zhǎng)為1 368.59 nm的DFB半導(dǎo)體激光器, 氣室長(zhǎng)度30 cm, 通過(guò)單片機(jī)產(chǎn)生低頻的鋸齒波電流信號(hào), 激光器經(jīng)過(guò)電流調(diào)制后, 輸出光信號(hào)波長(zhǎng)覆蓋水汽吸收峰, 光信號(hào)在氣室中進(jìn)行反射吸收進(jìn)入探測(cè)器, 最終由上位機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。根據(jù)Hitran數(shù)據(jù)庫(kù), 實(shí)驗(yàn)選取了1 368.579 nm波長(zhǎng)的水汽吸收峰, 吸收強(qiáng)度為1.8×10-20 cm-1·(molec·cm-2)-1, 背景氣體選取了濃度為99.99%的氬氣、 99.99%的氮?dú)夂透稍锟諝? 通過(guò)國(guó)瑞智濕度發(fā)生器產(chǎn)生40%～80%的相對(duì)濕度環(huán)境, 濕度間隔10%, 溫度為25℃, Michell露點(diǎn)儀水汽測(cè)量結(jié)果作為參考, 將TDLAS水汽測(cè)試系統(tǒng)的氣室探頭放入濕度發(fā)生器環(huán)境箱中, PC端讀取每個(gè)測(cè)試環(huán)境的直接吸收曲線, 利用Levenberg-Marquardt算法擬合出洛倫茲吸收譜線, 對(duì)三種算法進(jìn)行了誤差分析。 測(cè)試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3595169