TLAS系統(tǒng)中光學(xué)條紋干擾的機理、特性及消除方法研究.pdf

1、光學(xué)條紋是影響可調(diào)諧激光器吸收光譜(tunable laser absorption spectroscopy，TLAS)系統(tǒng)氣體檢測能力的重要因素之一。本文以消除光學(xué)條紋干擾、提高TLAS系統(tǒng)檢測性能為出發(fā)點，對光學(xué)條紋的機理、特性與消除方法進行了理論分析與相關(guān)實驗。本文工作主要包括:
　　首先，闡述了光學(xué)條紋產(chǎn)生機理及基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型，并總結(jié)系統(tǒng)中的光學(xué)條紋的主要來源。結(jié)合TLAS技術(shù)基本原理，分析了TLAS系統(tǒng)中的光學(xué)條紋的表現(xiàn)

2、形式與危害。
　　其次，對光學(xué)條紋的特性做出了分析并提出了三種消除方法。對波長調(diào)制光譜（wavelength modulation spectroscopy,WMS）系統(tǒng)中的光學(xué)條紋建模，詳細分析了調(diào)制系數(shù)（調(diào)制幅度）對諧波信號中光學(xué)條紋的影響，并提出了以信號條紋比(signal-fringes ratio，SFR)為判定依據(jù)的調(diào)制系數(shù)優(yōu)化方法。建立了光學(xué)條紋映射原理以及光學(xué)條紋疊加原理，并基于理論分析提出了光學(xué)條紋的補償方法。分

3、析經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)的特點，并討論使用EMD分離檢測信號中光學(xué)條紋的可行性及優(yōu)勢。
　　最后，結(jié)合TLAS實驗系統(tǒng)，給出光學(xué)條紋消除的應(yīng)用示范。研制了激光氧氣分析儀，并選擇調(diào)制系數(shù)優(yōu)化方法抑制其光學(xué)條紋。對比實驗表明，優(yōu)化調(diào)制系數(shù)下光學(xué)條紋被大幅抑制，信號背景比由22提升至62，40分鐘濃度測量值波動減小為原來的1/8。Allan方差評價表明，系統(tǒng)長期穩(wěn)定性提高，檢測極

4、限接近理論極限，達120ppm（32cm氣體吸收光程）。使用基于條紋映射原理的光學(xué)條紋補償方法消除氣體池導(dǎo)致的光學(xué)條紋，在環(huán)境變化導(dǎo)致光學(xué)條紋漂移的情況下，光學(xué)條紋被大幅消除。補償后的CO2測量信號與標準信號的擬合相關(guān)度由0.823提升至0.993。搭建呼吸氣體二氧化碳圖檢測系統(tǒng)，使用EMD方法分離檢測信號中條紋間隔較窄的光學(xué)條紋。結(jié)果表明，EMD方法離出的光學(xué)條紋與實際光學(xué)條紋基本一致，擬合相關(guān)度為0.89。
　　本文創(chuàng)新點在于