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文檔簡介
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(diǎn),對(duì)光學(xué)條紋的機(jī)理、特性與消除方法進(jìn)行了理論分析與相關(guān)實(shí)驗(yàn)。本文工作主要包括:
首先,闡述了光學(xué)條紋產(chǎn)生機(jī)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(duì)光學(xué)條紋的特性做出了分析并提出了三種消除方法。對(duì)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(xì)分析了調(diào)制系數(shù)(調(diào)制幅度)對(duì)諧波信號(hào)中光學(xué)條紋的影響,并提出了以信號(hào)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(bǔ)償方法。分
3、析經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的特點(diǎn),并討論使用EMD分離檢測信號(hào)中光學(xué)條紋的可行性及優(yōu)勢(shì)。
最后,結(jié)合TLAS實(shí)驗(yàn)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(duì)比實(shí)驗(yàn)表明,優(yōu)化調(diào)制系數(shù)下光學(xué)條紋被大幅抑制,信號(hào)背景比由22提升至62,40分鐘濃度測量值波動(dòng)減小為原來的1/8。Allan方差評(píng)價(jià)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(dá)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(bǔ)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(bǔ)償后的CO2測量信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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(hào)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(shí)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(diǎn)在于
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