基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统研究

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1、分类号：TP212单位代码：10183研究生学号：2015511019密级：公开基于红外激光吸收光谱吉林大学技术的博士学位论文气体检测基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统研究系统研Researchongasdetectionsystembasedoninfraredlaser究absorptionspectroscopytechnique作者姓名：何启欣专业：电路与系统研究方向：光电检测技术及应用指导教师：王一丁教授吉林培养单位：电子科学与工程学院大学2018年6月—————————————————————基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统研究

2、—————————————————————Researchongasdetectionsystembasedoninfraredlaserabsorptionspectroscopytechnique————————————作者姓名：何启欣专业名称：电路与系统研究方向：光电检测技术及应用指导教师：王一丁教授学位类别：工学博士培养单位：电子科学与工程学院论文答辩日期：2018年5月26日授予学位日期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席苏小虎研究员中国科学院半导体研究所委员曹军胜研究员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所郭树旭教授吉林大学张歆东

3、教授吉林大学王一丁教授吉林大学董玮教授吉林大学阮圣平教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明

4、确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士√博士学科专业：电路与系统论文题目：基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统研究作者签名

5、：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市前进大街2699号（130012）作者联系电话：摘要论文题目：基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统研究专业：电路与系统指导教师：王一丁教授、FrankK.Tittel教授（美国）作者：何启欣本论文课题来源于中国国家自然科学基金项目“新型红外瓦斯和一氧化碳检测仪的研究”、美国xx部项目“xxx”。研究了基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统，采用了可调谐二极管激光吸收光谱技术和腔增强吸收光谱技术研制了四套气体检测系统，检测了甲烷、乙炔、水汽、甲醛等气体。详细介绍了各检测系统的结构和原理，测试了系

6、统的灵敏度、响应时间和稳定性等参数。第一章引言部分介绍了甲烷、乙炔、甲醛等气体的应用和危害，监测这些气体的浓度对于安全生产和环境保护具有重要的意义。介绍比较了几种常见的气体检测方法：电化学法，催化燃烧法，气相色谱法和红外吸收光谱法。如红外吸收光谱法的优缺点：灵敏度高、响应速度快、寿命长、可以非接触式测量等，可以广泛应用于工农业生产、环境监测、医学诊疗和军事等领域。介绍了红外气体检测技术的种类、国内外发展现状和趋势。包括直接吸收光谱技术、光声光谱技术、腔衰荡光谱技术、腔增强吸收光谱技术和波长调制光谱技术等。第二章是红外激光吸收光谱技术的理论部分：分子光

7、谱理论和朗伯-比尔定律。气体分子红外吸收光谱产生的原因是分子内部振动能级和转动能级的跃迁，不同种类的气体分子具有不同的吸收谱线位置和强度，气体分子的光谱特征确保了红外气体检测技术的选择性。根据朗伯-比尔定律，待测气体分子对特定波长光强的吸收量与气体浓度有关。第三章主要介绍了基于近红外分布反馈半导体激光器（DFB激光器）和可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术的乙炔检测系统，详细介绍了系统结构及检测性能。设计的电路部分包括高精度、高稳定性的DFB激光器驱动器，数字正交锁相放大器以及光电探测电路。驱动器的温控模块采用积分分离式数字比例积分微分算法，温

8、控过程快速平稳，长期工作波动为±0.01ºC，长期稳定性高；设计的数字正交锁相放大器以数字处理器芯片为核心，