基于吸收光谱的波长调制技术在气体检测方面已被广泛应用。波长调制技术测量得到的二次谐波信号会受到背景噪声及光学条纹等的影响，导致浓度测量下限较高。为了降低噪声的干扰，提高系统的信噪比，本文选取2.25 μm处的吸收谱线对NH₃进行理论分析和实验测量，采用小波变换和Gabor变换对二次谐波信号进行降噪处理。结果表明：Gabor变换和小波变换都能有效地去除二次谐波信号中多种噪声的影响，同时保留信号的真实性；对于主要含有白噪声和光学条纹的谐波信号，小波变换的降噪能力要优于Gabor变换，小波变换降噪后信号的信噪比明显提高，且曲线更加平滑；经过降噪后，低浓度NH₃的测量下限由0.36 mg/m³降低至34.45×10^-3 mg/m³。

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)是一种测量气体浓度和温度的非侵入式测量方法,通常需要在整个谱线上进行扫描,扫描过程中可能存在其他谱线干扰,且测量速度较慢。为克服此问题,可以采用固定波长吸收光谱测量方法。为了研究固定波长法吸收光谱技术测温的效果,采用中心波长位于2.0 μm附近的分布反馈式激光器,开展CO2气体温度测量实验。通过查询数据库模拟待测光谱的线型函数峰值,仿真待测工况下吸收峰值比值与温度的关系,并利用管式炉进行测量。结果显示,该方法的测量温度与设定温度具有高度的一致性,在673~1273 K,测温平均误差为1.22%,证明了固定波长法直接吸收光谱技术应用于温度测量的可行性与准确性。

基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术,研究了高温环境中CO₂温度和浓度的测量方法。选取位于4996 cm ^-1附近的CO₂吸收谱线作为高温环境中对CO₂温度和浓度进行测量的目标谱线对。对气体吸收池内不同温度(873~1273 K)、不同CO₂体积分数(4%~10%)的CO₂/N₂混合气体的温度以及CO₂的浓度进行了在线测量。结果表明:测量温度与设定温度的平均偏差为2.07%,峰值偏差为3.49%;测量得到的CO₂浓度与配比浓度的平均偏差为2.25%,峰值偏差为4.75%。该测量方法精确可靠,为高温环境中CO₂的测量提供了一种新的技术手段。

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术结合波长调制光谱(WMS)技术是用于痕量气体检测的重要技术手段。 通过锁相放大器进行谐波检测, 对解调得到的二次谐波信号进行分析可获得气体吸收的信息。 但由于二次谐波信号受到噪声的影响, 降低了检测系统的精度和稳定性。 为了提高TDLAS检测系统的信噪比(SNR), 提出了一种基于Gabor变换对二次谐波信号进行数字滤波降噪的方法。 以CH4在1 653.72 nm处的吸收光谱为例, 通过仿真和实验对该降噪方法的有效性进行了验证。 仿真结果表明, 通过Gabor变换对信噪比为0dB的二次谐波信号进行处理后, 系统的信噪比可提高15.73 dB。 实验结果表明, 基于Gabor变换进行降噪处理后, CH4浓度在0.001%～0.02%区间内与二次谐波峰值的线性相关系数r达到了0.996 59, 且系统的检测精度和稳定性明显提高。