【摘 要】
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可调谐半导体激光器吸收光谱(TDLAS)技术是微量气体传感技术中极其重要的一种高精度实时测量方法。随着工业社会的迅速发展,空气污染和有毒、易爆气体的泄露时有发生,对这些场
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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可调谐半导体激光器吸收光谱(TDLAS)技术是微量气体传感技术中极其重要的一种高精度实时测量方法。随着工业社会的迅速发展,空气污染和有毒、易爆气体的泄露时有发生,对这些场所和环境的实时监测对气体传感技术提出了更高的要求。传统的气体传感技术有许多,譬如催化燃烧法,电化学法,化学试纸法等等。这些方法一般存在反应时间慢、精确度低、只能针对一种目标气体进行探测等问题。TDLAS技术具有分辨率高、反应时间短、探测精度高且可以在线长期稳定工作等优良品质,近年来得到快速发展,应用前景值得肯定。TDLAS技术中,光学气体多程腔作为提升测量精度的重要单元一直以来都是人们研究的重点之一,本文的主要目的就是改进光学气体多程腔的设计使之能够应用在工业现场多干扰环境中。
本文的主要研究内容有以下三个方面:
(1)分析了传统光学气体多程腔的稳定性。Herriott腔的模式主要与腔长d相关,模式越高,d容许抖动越小;柱面镜腔的模式不仅与腔长相关,还与两镜夹角相关,所以柱面镜腔的模式更密集,也更不稳定。本文定量分析了Herriott腔模式的稳定容限。
(2)在分析已有的多程腔的不足和缺陷的基础上,尤其是传统腔的模式稳定性问题,提出了一种新型多程腔的设计方案,这种设计具有新颖的内外型结构,抗干扰能力强。
(3)建立模拟程序,重点模拟了镜面曲率半径和镜面距离对反射次数的影响,获得了较高反射次数(1000次)和较好出口位置的设计;模拟了光束发散角对反射次数的影响。
内外结构型多程腔具有简单对称结构,这种结构能够对因震动、压力等引起的镜面错位和光束偏转等干扰进行抑制补偿,同时中间光斑的密集分布使得可能出现反射次数较大的孤立光斑,反射次数可以达到千次左右,显著增长了光程长度,对提高工业现场等恶劣环境中的气体测量精度有很大帮助。目前,这种腔还在理论计算阶段,结构还在不断改进之中,抗干扰能力还在不断提高。总的来说,我们是要获得一种既能获得较高反射次数又具有很好抗干扰能力的光学气体多程腔。
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