發(fā)布時間：2018-09-17 08:26

【摘要】：根據(jù)中紅外光譜吸收原理,利用甲烷(CH_4)氣體分子在7.5μm處的基頻吸收特性,設(shè)計了一種基于量子級聯(lián)激光器(QCL)和新型多反射長光程氣體吸收氣室(MPC)的甲烷氣體傳感器。該儀器使用了可進行熱電冷卻、工作在脈沖方式下、中心波長為7.5μm的QCL,通過在室溫條件下調(diào)節(jié)其注入電流(500mA~1.6A調(diào)節(jié)范圍),其出射光波長可以掃過CH_4(1 332.8cm~(-1))氣體吸收線。同時使用了一種緊湊型MPC(40cm長,800mL采樣容積),使得系統(tǒng)有效總光程達到16m。此外,系統(tǒng)中使用了參考氣室,并加入了空間濾波光學(xué)結(jié)構(gòu)以滿足MPC對入射光束的要求,配合差分吸收光譜檢測原理,有效地改善了光束質(zhì)量,降低了由光源波動引起的噪聲,提高了儀器的檢測靈敏度。通過對不同濃度的甲烷氣體進行多次檢測,該儀器的穩(wěn)定性能良好,按信噪比為1計算,可實現(xiàn)對甲烷氣體的檢測下限為1μmol·mol~(-1)。
[Abstract]:Based on the principle of mid-infrared absorption and the fundamental frequency absorption of methane (CH_4) molecules at 7.5 渭 m, a methane gas sensor based on a quantum cascade laser (QCL) and a new multi-reflection long-path gas absorption chamber (MPC) is designed. The instrument uses thermoelectric cooling, and works in pulse mode. QCL, with a central wavelength of 7.5 渭 m adjusts its injection current (500mA~1.6A range) at room temperature, and its output wavelength can sweep over the CH_4 (1 332.8 cm ~ (-1) gas absorption line. At the same time, a compact MPC (40cm length 800 mL sampling volume) is used to make the total effective optical path of the system up to 16 m. In addition, the reference chamber is used in the system, and the spatial filter optical structure is added to meet the requirement of MPC for incident beam. With the principle of differential absorption spectroscopy, the beam quality is effectively improved and the noise caused by the fluctuation of the light source is reduced. The sensitivity of the instrument is improved. The stability of the instrument is good, and the detection limit of methane gas is 1 渭 mol mol~ (-1) according to the signal to noise ratio (SNR) of 1.
【作者單位】： 吉林大學(xué)集成光電子學(xué)國家重點聯(lián)合實驗室電子科學(xué)與工程學(xué)院;吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院;吉林大學(xué)國家地球物理探測儀器工程技術(shù)研究中心儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院;
【基金】：國家科技支撐計劃項目(2013BAK06B04) 國家自然科學(xué)基金項目(61307124),國家自然科學(xué)基金項目(61403160) 國家(863)計劃項目(2007AA06Z112) 吉林省科技發(fā)展計劃項目(20120707) 長春市科技發(fā)展計劃項目(11GH01) 第55批中國博士后面上基金項目(2014M551194) 吉林省科技廳項目(20150414052GH,20140520118JH)資助
【分類號】：TP212;TN248;O657.3

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本文編號：2245299