安光所在激光吸收光譜氣體測(cè)量譜線解析方面取得新進(jìn)展

2022年11月17日 10:20:50 人氣: 14137 來源: 安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所

　　【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，中科院合肥研究院安光所張志榮研究員團(tuán)隊(duì)在激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)氣體檢測(cè)譜線混疊干擾與分離研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果分別以《CO and CH4混疊吸收光譜解調(diào)方法研究》和《基于激光吸收光譜技術(shù)的多組分氣體測(cè)量混疊光譜解調(diào)方法研究》為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊Sensors and Actuators B: Chemical(IF=9.221，中科院一區(qū))、Optics Express(IF=3.833，光學(xué)類Top期刊)上。博士生趙曉虎、王前進(jìn)分別為文章的第一作者。

　　可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)是最常用的氣體檢測(cè)方法，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、操作容易等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷、工業(yè)過程監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。但是，工業(yè)、煤礦、油氣等特殊場(chǎng)景不僅包含非常復(fù)雜的氣體組分，而且氣體組分含量差別巨大，以至于激光吸收光譜技術(shù)檢測(cè)時(shí)會(huì)遭遇氣體譜線之間的混疊，產(chǎn)生交叉干擾的“共性”技術(shù)瓶頸，為TDLAS技術(shù)的應(yīng)用增加了難度，限制了該技術(shù)在某些行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展。

　　張志榮團(tuán)隊(duì)孫鵬帥副研究員、趙曉虎、王前進(jìn)兩位博士研究生，對(duì)煤礦中甲烷(CH4)和微量一氧化碳(CO)氣體進(jìn)行分析，分別利用偏最小二乘和非負(fù)最小二乘方法，解決了含量為百分量級(jí)的CH4和百萬分量級(jí)的CO氣體的混疊光譜干擾的解調(diào)問題。從吸收光譜機(jī)理上提出了“光譜分離度”的概念，并進(jìn)行了詳實(shí)的仿真模擬和復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，兩種方法均表現(xiàn)出了良好的解調(diào)效果，能夠在兩種氣體濃度相差3-4個(gè)數(shù)量級(jí)(光譜特征嚴(yán)重混疊干擾)的特殊情況下仍然能夠準(zhǔn)確解調(diào)其中的微量氣體成分，極大的提高了系統(tǒng)的選擇性和可靠性。因此，該方法能夠在不增加壓力控制等硬件設(shè)備的基礎(chǔ)之上，利用軟件算法解調(diào)混疊光譜，為利用單支DFB激光器完成兩種或多種混合氣體濃度的準(zhǔn)確測(cè)量提供了方向，拓寬了激光吸收光譜氣體傳感系統(tǒng)的環(huán)境適用性和應(yīng)用前景。

　　該研究獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2021YFB3201904)、國(guó)家自然科學(xué)基金(11874364，41877311，42005107)，安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(202104i07020009)，中科院合肥研究院“火花”基金(YZJJ2022QN02)、中科蚌埠技術(shù)轉(zhuǎn)移中心重點(diǎn)專項(xiàng)等項(xiàng)目(ZKBB202002)支持。

CO和CH4分別測(cè)量和混合氣測(cè)量的二次諧波信號(hào)情況

不同濃度的CH4氣體對(duì)CO測(cè)量結(jié)果的影響處理

關(guān)鍵詞：激光吸收光譜

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