氨氣（NH₃）是一種具有腐蝕性的有毒有害的工業(yè)氣體,對(duì)皮膚組織有腐蝕和刺激作用。其對(duì)于大氣質(zhì)量、環(huán)境安全、人體健康等有著極大的危害,因此高精度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)NH₃濃度對(duì)于維護(hù)環(huán)境質(zhì)量、生存環(huán)境改善等有著巨大的推進(jìn)作用,在對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)、環(huán)境災(zāi)害的準(zhǔn)確預(yù)警、工業(yè)的安全生產(chǎn)和減少燃爆事故的發(fā)生等方面具有重要的科學(xué)意義和社會(huì)意義。目前,TDLAS激光氣體檢測(cè)技術(shù)的研究與開發(fā)普遍采用DFB激光作為檢測(cè)光源。該技術(shù)方案相對(duì)功耗較高且體積較大,這將TDLAS檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用限制在對(duì)功率不敏感的場(chǎng)合中。效率高、功率低、體積小是VCSEL型激光器的特點(diǎn),針對(duì)功率敏感的應(yīng)用,VCSEL激光器可以有效地改善TDLAS檢測(cè)技術(shù)整個(gè)系統(tǒng)的功耗和體積問題。本論文在基金委國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目—“采用VCSEL核心激光光源的微型化普適型TDLAS氣體檢測(cè)系列模塊的研制”（No.61727822）的支持下,深入分析VCSEL激光器作為核心光源的TDLAS檢測(cè)技術(shù),推導(dǎo)了檢測(cè)過程中檢測(cè)信號(hào)的變化過程,為NH₃檢測(cè)系統(tǒng)的研制提供了理論依據(jù)。根據(jù)TD...

【文章來(lái)源】： 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)吉林省

【文章頁(yè)數(shù)】：72 頁(yè)

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 NH₃ 氣體檢測(cè)方法介紹
    1.3 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)
    1.4 VCSEL垂直腔表面發(fā)射激光器的特點(diǎn)
    1.5 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
    1.6 論文主要研究?jī)?nèi)容
第2章 TDLAS氣體濃度檢測(cè)理論
    2.1 氣體吸收光譜理論
        2.1.1 氣體分子紅外光譜學(xué)理論基礎(chǔ)
        2.1.2 氣體分子吸收光譜的譜線函數(shù)和譜線展寬
    2.2 TDLAS氣體檢測(cè)技術(shù)
        2.2.1 比爾朗伯定律
        2.2.2 TDLAS-WMS諧波檢測(cè)原理
    2.3 單光路時(shí)分復(fù)用差分調(diào)制技術(shù)
    2.4 NH₃ 氣體吸收譜線的選取
    2.5 本章小結(jié)
第3章 TDLAS氣體檢測(cè)技術(shù)的仿真研究
    3.1 激光器驅(qū)動(dòng)信號(hào)仿真
    3.2 NH₃ 直接吸收過程仿真
    3.3 TDLAS-WMS檢測(cè)系統(tǒng)仿真
    3.4 本章小結(jié)
第4章 VCSEL型 NH₃ 氣體檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    4.1 可調(diào)諧VCSEL激光器的選型
    4.2 VCSEL激光器小電流驅(qū)動(dòng)電路
        4.2.1 階梯分段式掃描信號(hào)發(fā)生電路
        4.2.2 時(shí)分復(fù)用正弦調(diào)制信號(hào)發(fā)生電路
        4.2.3 信號(hào)疊加電路
        4.2.4 壓控恒流源電路
    4.3 VCSEL激光器高精度溫度控制電路
        4.3.1 溫度采集電路
        4.3.2 TEC制冷器驅(qū)動(dòng)電路
        4.3.3 PID溫度控制算法
    4.4 氣室及光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    4.5 光電探測(cè)器及預(yù)處理電路
        4.5.1 光電探測(cè)器的選擇
        4.5.2 光電探測(cè)器前置放大電路
    4.6 鎖相放大器
        4.6.1 鎖相放大器分類
        4.6.2 鎖相放大器選型
    4.7 主控芯片及外圍電路部分
    4.8 本章小結(jié)
第5章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
    5.1 激光器驅(qū)動(dòng)信號(hào)測(cè)試
    5.2 激光器光譜輸出測(cè)試
    5.3 光電探測(cè)器探測(cè)測(cè)試
    5.4 NH₃ 檢測(cè)系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)
        5.4.1 檢測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定
        5.4.2 系統(tǒng)檢測(cè)下限
        5.4.3 系統(tǒng)檢測(cè)準(zhǔn)確度和誤差分析
        5.4.4 系統(tǒng)穩(wěn)定性
    5.5 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡(jiǎn)歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]TDLAS技術(shù)氣體檢測(cè)二次諧波信號(hào)的仿真與分析 [J]. 王琳琳,賈明.  激光雜志. 2020(03)
[2]基于TDLAS的煙氣中CO濃度混合取樣式在線監(jiān)測(cè) [J]. 周佩麗,譚文,彭志敏.  儀器儀表學(xué)報(bào). 2019(11)
[3]TDLAS直接吸收法測(cè)量CO2的基線選擇方法 [J]. 朱曉睿,盧偉業(yè),饒雨舟,李越勝,盧志民,姚順春.  中國(guó)光學(xué). 2017(04)
[4]基于亞波長(zhǎng)光柵的VCSEL偏振控制研究 [J]. 江孝偉,關(guān)寶璐.  發(fā)光學(xué)報(bào). 2017(06)
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[6]基于可調(diào)諧激光二極管吸收光譜的乙炔在線檢測(cè)系統(tǒng) [J]. 何啟欣,劉慧芳,李彬,潘教青,王利軍,鄭傳濤,王一丁.  光譜學(xué)與光譜分析. 2016(11)
[7]基于TDLAS-WMS的中紅外痕量CH4檢測(cè)儀 [J]. 曲世敏,王明,李楠.  光譜學(xué)與光譜分析. 2016(10)
[8]大氣環(huán)境中先進(jìn)與實(shí)用NH3測(cè)量技術(shù)進(jìn)展 [J]. 張佳薇,王云龍,薛瑞,李明寶.  傳感器與微系統(tǒng). 2013(12)
[9]基于TDLAS技術(shù)的酒精氣體濃度檢測(cè)方法研究 [J]. 馬志飛,張亞,李波,高婷婷.  山西電子技術(shù). 2013(01)
[10]基于激光吸收光譜技術(shù)天然氣管道泄漏定量遙測(cè)方法的研究 [J]. 張帥,劉文清,張玉鈞,阮俊,闞瑞峰,尤坤,于殿強(qiáng),董金婷,韓小磊.  物理學(xué)報(bào). 2012(05)

碩士論文
[1]基于可調(diào)諧激光吸收光譜技術(shù)的逃逸氨檢測(cè)系統(tǒng)研究[D]. 李艾宸.華北電力大學(xué)(北京). 2017
[2]基于TDLAS技術(shù)的氨氣檢測(cè)的研究[D]. 趙迎.天津大學(xué). 2014
[3]可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器的研究[D]. 史國(guó)柱.北京工業(yè)大學(xué). 2013
[4]基于近紅外光譜吸收原理的氣體傳感研究[D]. 鄭林.天津大學(xué). 2012



本文編號(hào)：3549552