基于量子級聯(lián)激光器和長光程氣室的甲烷傳感器

【摘要】：根據(jù)中紅外光譜吸收原理,利用甲烷(CH_4)氣體分子在7.5μm處的基頻吸收特性,設(shè)計了一種基于量子級聯(lián)激光器(QCL)和新型多反射長光程氣體吸收氣室(MPC)的甲烷氣體傳感器。該儀器使用了可進(jìn)行熱電冷卻、工作在脈沖方式下、中心波長為7.5μm的QCL,通過在室溫條件下調(diào)節(jié)其注入電流(500mA~1.6A調(diào)節(jié)范圍),其出射光波長可以掃過CH_4(1 332.8cm~(-1))氣體吸收線。同時使用了一種緊湊型MPC(40cm長,800mL采樣容積),使得系統(tǒng)有效總光程達(dá)到16m。此外,系統(tǒng)中使用了參考?xì)馐?并加入了空間濾波光學(xué)結(jié)構(gòu)以滿足MPC對入射光束的要求,配合差分吸收光譜檢測原理,有效地改善了光束質(zhì)量,降低了由光源波動引起的噪聲,提高了儀器的檢測靈敏度。通過對不同濃度的甲烷氣體進(jìn)行多次檢測,該儀器的穩(wěn)定性能良好,按信噪比為1計算,可實(shí)現(xiàn)對甲烷氣體的檢測下限為1μmol·mol~(-1)。 【作者單位】： 吉林大學(xué)集成光電子學(xué)國家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室電子科學(xué)與工程學(xué)院;吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院;吉林大學(xué)國家地球物理探測儀器工程技術(shù)研究中心儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院;
【關(guān)鍵詞】： 甲烷 量子級聯(lián)激光器 多反射氣體吸收氣室 空間濾波 差分吸收
【基金】：國家科技支撐計劃項(xiàng)目(2013BAK06B04) 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61307124),國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61403160) 國家(863)計劃項(xiàng)目(2007AA06Z112) 吉林省科技發(fā)展計劃項(xiàng)目(20120707) 長春市科技發(fā)展計劃項(xiàng)目(11GH01) 第55批中國博士后面上基金項(xiàng)目(2014M551194) 吉林省科技廳項(xiàng)目(20150414052GH,20140520118JH)資助
【分類號】：TP212;TN248;O657.3
【正文快照】： 引言甲烷不僅可以造成公共環(huán)境污染,而且是一種易燃易爆氣體,因此它在采礦、天然氣存儲等很多工業(yè)中都需要被實(shí)時監(jiān)測其濃度[1]。此外,甲烷也是溫室效應(yīng)最主要的氣體之一,其吸收紅外線的能力是二氧化碳的15~30倍,占整個溫室效應(yīng)貢獻(xiàn)量的16%[2]。許多分子的基頻振動帶位于中紅

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