拓寬TDLAS技術(shù)應(yīng)用前景 安光所在激光吸收光譜氣體測量譜線解析方面取得新進(jìn)展
【化工機(jī)械設(shè)備網(wǎng) 技術(shù)前沿】可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)憑借其響應(yīng)速度快、靈敏度高、容易操作等的優(yōu)點(diǎn)，常被用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)學(xué)診斷以及工業(yè)過程檢測等領(lǐng)域。當(dāng)使用TDLAS技術(shù)進(jìn)行氣體濃度測量時(shí)，通常需要選擇目標(biāo)氣體的獨(dú)立吸收光譜，以減輕其他氣體吸收光譜的影響。
然而，工業(yè)、煤礦、油氣等眾多場景中的氣體組分都相當(dāng)復(fù)雜，不同組分的含量也有很大的差別，這就導(dǎo)致了TDLAS技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)遭遇氣體譜線的混疊，產(chǎn)生交叉干擾的“共性”技術(shù)瓶頸，這不僅為TDLAS技術(shù)的應(yīng)用增加了難度，也限制了該技術(shù)在各行業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展。
日前，中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所的張志榮研究員團(tuán)隊(duì)在TDLAS技術(shù)氣體檢測譜線混疊干擾與分離研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)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)的多組分氣體測量混疊光譜解調(diào)方法研究》為題發(fā)表在國際知名期刊《Sensors and Actuators B: Chemical》、《Optics Express》上。
據(jù)了解，研究人員分別分別對煤礦中甲烷(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的CH4和百萬分量級的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(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。
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