基于跨波长调制和直接吸收光谱的宽量程多气体检测方法

作者：赵晓虎; 孙鹏帅; 张志荣^*; 王前进; 庞涛; 孙苗; 庄飞宇

来源：红外与激光工程, 2023, 52(01): 90-99.

• 可调谐半导体激光吸收光谱技术
• 直接吸收光谱
• 波长调制光谱
• 宽动态范围

针对可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)在煤矿、石油化工领域进行气体浓度检测时，遇到的高精度、宽动态范围需求，采用时分复用的方法，将直接吸收光谱技术(Direct Absorption Spectroscopy,DAS)和波长调制光谱(Wavelength Modulation Spectroscopy,WMS)技术的优势相结合，完成了高精度、宽量程和免标定多气体检测系统的设计。设计激光器的驱动为线性扫描输出和叠加不同高频调制扫描输出的周期信号，用于完成高低浓度反演算法的时分复用计算，通过实验优化选择检测气体的吸光度拐点，实现对气体浓度的高精度、宽量程检测。在室温和常压下，通过实验分别对CH4、CO和C2H2三种气体体积浓度进行检测，确定了两种算法最佳拐点吸光度约为0.026 cm-1。系统对CH4、CO和C2H2三种气体体积浓度的检测量程分别为0～100%、0～5 000×10-6和0～1 000×10-6，其最小体积浓度检测限分别为2.27×10-4、0.21×10-6、1.68×10-6，且在量程内的测量结果准确度优于现行的煤矿行业标准。实验结果表明：该方法能够满足工业现场实际应用的需求，有利于拓展激光吸收光谱技术在工业过程、安全等领域的应用。

• 单位
  中国科学院; 中国科学院合肥物质科学研究院; 中国科学技术大学; 合肥师范学院