基于波长调制技术的近红外甲烷检测仪
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郑传涛(1982-),男,河南商丘人,博士、副 教授,主要研究方向为光电子器件与系统.

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国家自然科学基金(61307124)、国家科技支撑计划项目(2013BAK06B04)、吉林省科技发展计划(20120707,6)、长春市国际合作项目(11GH01) 、广东省教育厅育苗工程项目(2013LYM_0030)、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.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; 2.汕头大学 工学院,广东 汕头 515063)


Near-infrared CH4detection device using wavelength-modulation technique
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    摘要:

    为了在煤矿环境中实时检测甲烷(CH4),利用中 心波长为1.654μm的分布反馈(DFB) 激光器,基于可调谐激光二极管吸收光谱法(TDLAS),实验报道了一种近红外(NIR)CH 4检测仪。为了驱动DFB激光器并从差分信号中提取二次谐波信号,自主设计了激光器智 能温度控制器、激光器扫描和驱动电路以及高性价比的锁相放大器,对各模块的性能做了测 试和表征。利用各光学模块和电学模块,对系统进行了集成;为了得到其检测性能,开展了 详细的CH4检测实验。结果显示,在0~100%的浓度范围内,相对测 量误差小于7%,最小检测下 限(MDL)为1.1×10-5。对两 种标准浓度气体样品(浓度为1×10-3和2×10 -1h浓度测量结果表 明,检测仪具有较好的稳定度,两组测量结果较真值的波动范围分别小于7. 0%。利 用相似的检测机理和相同的硬件系统,通过更换其他波长的激光器,本文检测仪也可实现 对其它气体的检测。

    Abstract:

    In order to realize real-time detection of CH4under coal-mine envir onment,by using a wavelength-modulated distributed feedback (DFB) laser whose wavelength is cent ered at 1.654μm,a stand-alone near-infrared (NIR) CH4detection device is experimentall y proposed based on tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) technique.An intelligent temperature controller,a scan and modulation module and a cost-effective portable lock-in amplifier are developed to drive the DFB laser and extract the second harmonic signal from the differential signal between the two channels,and their performance is thoroughly measured and characterized.The device is integrated with all optical modules and electrical modules,and measurements are carried out to study its detection performance on CH4.Exper imental results show that the relative detection error is less than 7% within the detection rang e from 0to 100%, and the minimum detection limit (MDL) is about 1.1×10-5.Long-term monit oring lasting for 24h on two standard gas samples (1×10-3 and 2×10-1) suggest good stability ,whose maximum detection errors are smaller than 7.0% and 2.5%,respectively.With similar detection princi ple and the same hardware system in this paper,this device can also be used for other gases′ d etection by utilizing a different DFB laser with the corresponding absorption wavelength.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

黄渐强,翟冰,叶玮琳,郑传涛,王一丁.基于波长调制技术的近红外甲烷检测仪[J].光电子激光,2014,(5):947~953

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  • 收稿日期:2013-09-14
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