TDLAS谐波信号线型计算方法的研究

论文摘要

气体的高灵敏度、高精度在线分析对工业生产和环境污染控制具有重要意义。可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)是近年来发展起来的一种新型的光谱检测技术,由于其具有高灵敏度、高精度和快速响应等特点,被广泛应用于工业生产和环境气体监测。在基于TDLAS的二次谐波信号气体检测过程中,TDLAS二次信号线型中蕴藏着丰富的检测信息。因为信号线型与调制条件有关,所以一定存在最佳调制条件,在该条件下信号可达到最大值,并具有特定的线型特征。反之,通过研究谐波信号的线型特征也可以寻找到最佳的调制条件,从而根据这个最佳调制条件来指导实际检测。根据半导体激光器的特性,在进行波长直接调制时剩余振幅调制(RAM)也会伴随发生,对检测信号的线型和系统噪声都会产生影响。为探讨剩余振幅调制对波长调制光谱(WMS)二次谐波信号线型的影响,在同时考虑振幅调制和波长调制两种因素影响的基础上推导二次谐波信号的计算公式,与仅考虑波长调制的信号计算方式进行同条件线型计算比对,并计算分析了二次谐波信号基线和正负峰值随剩余振幅调制的变化。结果表明剩余振幅调制的大小对检测信号的线型和信号基线有直接影响,采用这种方法计算得出的二次谐波信号线型更贴近实际检测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 气体检测概述
• 1.1.1 气体检测应用
• 1.1.2 气体检测方法
• 1.2 TDLAS的发展现状
• 1.2.1 TDLAS的优点
• 1.2.2 国外发展现状
• 1.2.3 国内研究状况
• 1.3 研究的目的、内容及论文结构
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 论文结构
• 第2章 光谱检测方法及TDLAS理论基础
• 2.1 气体分子吸收光谱基本理论
• 2.1.1 气体分子能级结构理论
• 2.1.2 气体分子红外吸收特征
• 2.1.3 气体分子吸收线型和线宽
• 2.1.4 吸收线的选取及HITRAN数据库的应用
• 2.2 比尔-朗伯定理
• 2.2.1 比尔定理
• 2.2.2 朗伯定理
• 2.2.3 比尔-朗伯定理
• 2.3 TDLAS测量原理
• 2.3.1 直接吸收测量技术
• 2.3.2 谐波检测测量技术
• 2.4 TDLAS系统的主要构成
• 2.4.1 检测系统的总体结构及工作原理
• 2.4.2 激光光源及光源控制器
• 2.4.3 调制信号的产生
• 2.4.4 光电探测器
• 2.4.5 前置放大电路
• 2.4.6 锁相放大器及其工作原理
• 第3章 TDLAS谐波信号线型计算方法的研究
• 3.1 谐波信号线型
• 3.1.1 谐波信号线型分析
• 3.1.2 谐波信号线型模拟
• 3.2 FM谐波计算方法
• 3.3 AM-FM谐波计算方法
• 3.3.1 公式推导
• 3.3.2 AM-FM一次谐波计算方法
• 3.3.3 AM-FM二次谐波计算方法
• 第4章 无振幅调制时线型计算及比对
• 4.1 计算比对方法与参数的选取
• 4.1.1 计算比对方法
• 4.1.2 计算参数的选取
• 4.2 无剩余振幅调制时线型的计算比对
• 4.2.1 最佳调制时信号线型比对
• 4.2.2 无剩余振幅调制时调制系数对线型影响的分析
• 第5章 有振幅调制时信号线型的计算
• 5.1 剩余振幅调制影响下线型变化的基本规律
• 5.2 最佳调制参数及线型参数变化规律
• 5.2.1 线型参数变化规律
• 5.2.2 最佳调制系数的确定
• 5.3 基线随调制参数的变化
• 5.4 左右峰值及差值随调制参数的变化
• 第6章 总结与展望
• 6.1 主要结论与创新点
• 6.1.1 所做的工作
• 6.1.2 主要结论
• 6.1.3 主要创新点
• 6.2 今后的工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间发表论文目录