为进一步提高激光甲烷遥测仪的抗噪能力,在波长调制光谱技术“相干检测、低1/f噪声”的基础上,进一步利用小波去噪技术的“多尺度、多分辨分析”能力对气体吸收传感信号进行去噪处理。首先建立了一种甲烷遥测系统,通过仿真优化了小波去噪的相关参数,并分析了基于经验模态分解的小波去噪方法的效果;在采用和不采用小波去噪算法的情况下,开展了传感器性能的对比实验,以此验证该技术应用于遥测系统的可行性。利用积分浓度为200×10 -6 m的甲烷气体样品开展的甲烷检测实验结果表明,采用小波去噪算法提取二次谐波信号时,可将信噪比从116.4提高到179.8。对遥测系统开展的标定实验结果表明,提取的二次谐波信号幅值与气体浓度呈正比,未采用小波去噪算法时二者的拟合优度为0.990,采用小波去噪算法后的拟合优度为0.996。根据Allan方差的计算结果,未采用小波去噪算法时检测下限为3.4×10 -6 m,采用小波去噪算法后检测下限降至1.7×10 -6 m,检测分辨率提高了1倍。基于小波去噪和波长调制技术的激光甲烷遥测方法具有较高的信噪比、线性度和稳定性,可推广应用至现有的甲烷遥测系统中。

研制了一种针对半导体器件的温度控制系统, 不仅可用于对内置热电制冷器的半导体器件的温度控制, 同时实现了在宽环境温度范围内对无热电制冷器及热敏电阻的半导体器件的温度控制.系统硬件主要由两部分组成, 第一部分包括主控制器模块、温度采集模块和热电制冷器电流控制模块, 实现对内置热电制冷器的半导体器件的温度控制; 第二部分包括辅控制器模块、温度采集模块、金属氧化物场效应管开关电路模块及附加四级热电制冷器, 实现对无热电制冷器的半导体器件的温度控制.软件部分, 主辅控制器分别实时采集半导体器件的工作温度, 采用积分限幅式数字比例-积分-微分算法, 调整热电制冷器驱动器的电流实现恒定的温度控制.利用本文研制的温度控制系统对内置热电制冷器的半导体激光器的温度控制准确度为±0.01℃, 温度稳定性为0.004 8℃; 在无热电制冷器的半导体光源的温度控制实验中, -18℃、室温、40℃环境下的温控准确度分别为±0.05℃、±0.01℃、±0.02℃.利用研制的温控系统连续5 h测试了1.563 μm激光器的输出光谱, 峰值输出波长稳定; 采用1.653 μm激光器, 分别利用研制的温控系统和商用系统开展了甲烷气体检测实验, 与商用控制器相比, 本文研制的温控仪获得的系统检测下限更低.该系统具有体积小、成本低、便于集成、工作稳定可靠的优点, 在气体检测中有良好的应用前景.

为了抑制甲烷传感器中统计特性无法预知的电学噪声, 本文结合递归最小二乘自适应去噪算法和直接吸收光谱技术,使用中心波长为3 291 nm的带间级联激光器和多反射吸收气室, 研制了一种电域自适应中红外甲烷传感器系统。在传统探测器输出信号(称为信号通道)的基础上, 增加了激光器电流驱动器的反馈信号作为噪声通道来感知电学噪声。利用MATLAB软件对最小二乘法在直接吸收光谱技术中的滤波效果进行了仿真。通过在激光器驱动信号中施加不同的噪声,实验验证了最小二乘法的去噪效果。针对该传感器的Allan标准差结果表明, 当不使用自适应最小二乘法时, 系统在积分时间为6 s的检测下限为78.8 nL/L; 使用RLS自适应算法时, 系统的检测下限为43.9 nL/L。相比基于传统传感结构和滤波方法的中红外直接吸收光谱传感器, 本文所报道的中红外甲烷传感器由于采用了电域自适应滤波方法, 因而呈现出更好的抗干扰性和稳定性。