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可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS,TunableDiodelaserAbsorptionSpectroscopy)主要是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量,获得被测气体的特征吸收光谱,实现对工业气体浓度的在线检测。它具有灵敏度高、选择性强、响应快速、非接触、对恶劣的测量环境具有非常好的适应性等突出优点,已被日益广泛地应用于测量气体污染物的浓度。
本文研究内容是基于垂直腔面发射激光器(VCSEL,VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)的TDLAS系统研究及VCSEL恒流驱动电路的设计,如何搭建实验平台及对氧气浓度进行在线测量。重点开展了VCSEL恒流驱动电路的设计,利用运算放大器的负反馈原理,设计了电流为mA级的恒流源,其功率和发热都较小,而且没有大的毛刺,然后还加了延时电路,避免损坏激光器,设计制作了正弦波调制电路以提高系统抗干扰能力和锯齿波扫描电路获得“单线吸收光谱”数据。最后以氧气的VCSEL为例,结合可调谐激光吸收光谱技术针对氧气位于760nm附近的吸收谱线完成了多种浓度的氧气浓度测量,得到了较好的拟合度系数验证了驱动电路的可靠性,因此这种恒流驱动电路具有实际应用到工业气体监测中的潜力。