基于光纤环腔激光技术的气体传感系统仪器化研究

更新时间：2020-03-31 21:16:36 大小：11M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：光纤气体传感系统 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）收藏评论(0) 举报

资料介绍

基于光纤环腔激光技术的气体传感方法因为具有很高的检测灵敏度，受到了国内外的广泛关注。采用该方法进行气体检测时由于系统不稳定、噪声大等问题使传感效果远不及理想情况。为了使该气体检测方法能够尽快从实验室阶段走向实用化，进行基于光纤环腔激光技术的气体传感仪器化研究意义重大。

本课题针对仪器化气体传感器系统，进行了如下主要工作：

1、对EDFA特性及掺铒光纤的能级理论进行了研究，基于速率方程构建了光纤环腔激光系统的理论模型，搭建了光纤环腔激光系统，利用该系统得到了光纤环腔激光器输出与泵浦电流、系统损耗和输出耦合比的关系，并获得了光纤环腔激光器的优化参数。

2、基于光纤环腔激光技术的理论和实验构建了气体传感系统理论模型，理论模拟了系统损耗、泵浦功率与气体谱线吸收度的关系；在气体传感系统理论模型的基础上，从以下几方面设计了光纤环腔激光气体传感系统的原理样机：

光学设计：采用F-P标准具实现了可调谐光滤波器非线性的实时标定；优化了系统光路使气体传感灵敏度增强系数提高了5倍以上。

机械设计：设计了仪器外壳及10cm、20cm和50cm长度的系列化气室。

电路设计：完成了低噪声的光电探测电路，并以STC单片机为核心设计了光源功率测量显示电路及智能选频电路。

算法设计：利用小波去噪方法对吸收光谱进行了预处理；采用洛伦兹拟合对气体吸收谱线进行了拟合；设计了气体吸收谱线的提取算法。

软件系统构建：以labview为基础构建了集原理样机控制、数据采集与处理和结果显示等功能为一体的软件系统。

3、对设计完成的原理样机进行了测试，该仪器可以实现对1525nm-1565nm气体吸收谱线的测试，采样误差<11×10-7，波长定位误差<80pm，气体浓度测试的累积重复性CV<0.015，可探测乙炔气体的最低浓度达到200ppm。利用该原理样机研究了内腔法与外腔法的不同以及气室长度、系统损耗、气体浓度与灵敏度增强的关系，测试结果与理论结果吻合。

基于光纤环腔激光技术气体传感系统原理样机的设计完成为深入研究该方法以及使该技术尽早实用化奠定了坚实基础。