中红外CH4检测中非对称椭球气室优化及实验研究
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叶玮琳(1984-),女,广东潮州人,博士,讲师,主要从事 红外气体传感器的研究.

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国家自然科学基金(61307124,4)、国家科技支撑计划项目(2013BAK06B04)、广东省教育厅科研项目(2013LYM_0030)、吉林省科技发展计划项目(20120707,6)、长春市国际合作项目(11GH01)、汕头大学 科研启动基金(NTF12022)和汕头大学青年科研基金(YR12005)资助项目 (1.汕头大学 工学院,广东 汕头 515063; 2.吉林大学 电子科学与工程学院,集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区,吉林 长春 130012)


Optimization and experimental study of a novel asymmetric ellipsoid gas-cell in mid-infrared CH4detection
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    摘要:

    为了在中红外(MIR)CH4浓度检测中降低检测下 限和提高探测灵敏度,提出了一种非 对称椭球聚光镜气室。在充分考虑线光源和双窗口探测器外形及尺寸的条件下,建立了 完备的非对称椭球聚光镜气室物理模型,导出了直射功率、反射功率、聚光效率和灵敏 度系数的表达式。通过计算分析,得到了同时获得较高聚光效率和高灵敏度系数的条件,以 及非对称椭球聚光镜的优化参数。利用优化制作的非对称椭球聚 光镜气室,建立了CH4检测系统。检测结果显示,系统的检测下限约为 5×10-6;低浓度范围(0~100×10-6)的探测灵敏度约为6~7×10-6;在高浓度范围内(1~40×10-3),探测灵敏度随气体浓度增 加而增加,约为20~160×10-6。检测结果表明,优化后的 CH4检测系统实现了较低的检测下限和较高的灵敏度。

    Abstract:

    In order to decrease the minimum detection limit (MDL) and increase the dete ction sensitivity,a novel asymmetric ellipsoid light-collector multi-pass gas-cell is proposed fo r the application in mid-infrared CH4concentration detection.Under the full consideration of foot -prints and sizes of wire light-source and dual-channel detector,thorough modeling on the light co llector gas-cell is established,and formulations and expressions including direct incident power,r eflected incident power,light collection efficiency and sensitivity-related coefficient are deri ved.Through calculation and analysis,parameter conditions are obtained for achieving both h igh light collection efficiency and high sensitivity-related coefficient,the structural parameters of the gas-cell are derived,and the gas-cell is then fabricated.Based on the fabricated gas-ce ll with optimized parameters, the CH4detection system is established,and detection performance is demonstra ted.Experimental results show that the minimum detection limit is about 5×10-6,the detection sensitivity is determined to be about 6-7×10-6 under the low concentration range of 0-100×10-6, within high concentration range of 1-40×10-3,the detection sensitivity decreases as the concentration increases,which varies from 20×10-6 to 160×10-6.Due to car eful design and optimization on asymmetric ellipsoid gas-cell,this detection system exhibits good performance including higher detection sensitivity and lower MDL.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

叶玮琳,郑传涛,王一丁.中红外CH4检测中非对称椭球气室优化及实验研究[J].光电子激光,2014,(2):323~329

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  • 收稿日期:2013-06-19
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