1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所 光子器件与材料安徽省重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学 研究生院 科学岛分院，安徽 合肥 230026
3 合肥师范学院 电子信息系统仿真设计安徽省重点实验室，安徽 合肥 230601
4 中国科学技术大学 环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
5 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
针对可调谐半导体激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）在煤矿、石油化工领域进行气体浓度检测时，遇到的高精度、宽动态范围需求，采用时分复用的方法，将直接吸收光谱技术（Direct Absorption Spectroscopy, DAS）和波长调制光谱(Wavelength Modulation Spec-troscopy, WMS)技术的优势相结合，完成了高精度、宽量程和免标定多气体检测系统的设计。设计激光器的驱动为线性扫描输出和叠加不同高频调制扫描输出的周期信号，用于完成高低浓度反演算法的时分复用计算，通过实验优化选择检测气体的吸光度拐点，实现对气体浓度的高精度、宽量程检测。在室温和常压下，通过实验分别对CH4、CO和C2H2 三种气体体积浓度进行检测，确定了两种算法最佳拐点吸光度约为0.026 cm−1。系统对CH4、CO和C2H2 三种气体体积浓度的检测量程分别为0~100%、0~5000×10−6和0~1000×10−6，其最小体积浓度检测限分别为2.27×10−4、0.21×10−6、1.68×10−6，且在量程内的测量结果准确度优于现行的煤矿行业标准。实验结果表明：该方法能够满足工业现场实际应用的需求，有利于拓展激光吸收光谱技术在工业过程、安全等领域的应用。
可调谐半导体激光吸收光谱技术 直接吸收光谱 波长调制光谱 宽动态范围 tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) direct absorption spectroscopy (DAS) wavelength modulation spectroscopy (WMS) wide dynamic range 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220284
1 合肥师范学院物理与材料工程学院，安徽 合肥 230601
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室，安徽 合肥 230031
3 合肥师范学院电子信息系统仿真设计安徽省重点实验室，安徽 合肥 230601
为了减小拉曼散射光波长相关损耗、光电探测器附加噪声及散射光中的瑞利噪声对分布式光纤温度传感器测温误差的影响，通过分析分布式光纤温度传感系统的解调原理提出了一种反斯托克斯光降噪方法。将光纤按照环形结构铺设，以每次测量的反斯托克斯光信号中菲涅耳反射峰后的基底噪声平均值作为动态本底噪声，利用两段处于不同温度的光纤消除动态本底噪声后的瑞利噪声。反斯托克斯光降噪解调法从原理上避免了参考斯托克斯光引入的测温误差，消除了本底噪声和瑞利噪声导致的测温误差。实验结果表明，修正的分布式光纤温度传感系统的最大测温误差从5.4 ℃降低到0.6 ℃，测温准确度有明显提高。
光纤光学 分布式光纤传感系统 拉曼散射 环形结构 噪声抑制 测温误差 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1906003
合肥师范学院电子信息工程学院, 安徽 合肥 230601
为了获得管式反应炉炉膛内部实时工作状态信息,将红外测温探头安装在炉膛侧上部以采集炉膛局部俯视图像,利用光纤传送至处理主机,通过预处理、视角变换、盲区重现、拼接融合和温度彩色编码等步骤构建出正视的管式反应炉炉膛全景图像。通过对红外辐射特征提取,温度反演算法获取实时温度,全景展现炉膛温度信息和变化趋势。利用该系统进行现场实验,结果表明: 全景图像与原始图像相比,灰度值平均相差 0.44,标准差 1.82,由此产生的系统测温误差约 0.6℃,对高温工业现场温度测量的影响可以忽略不计,具有较高的工程应用价值。
管式反应炉 全景图像 灰度误差 变化趋势 tubular furnace panorama gray deviation change trend
1 合肥师范学院 电子信息工程学院，安徽 合肥 230601
2 安徽大学 物理与材料科学学院，安徽 合肥 230601
3 合肥瑞石测控工程技术有限公司，安徽 合肥 230088
旨在开展红外辐射测温系统研究，以探测器像元所接收的目标辐照度为基础，详细分析了红外探测系统的信噪比、灵敏度和探测误差，介绍了系统的结构设计及关键参数，并对系统面均匀性进行了细致的校准。针对工业现场特殊应用环境，建立系统背景补偿模型进行对比实验和连续观测实验，对比结果：平均值相差0.15℃，标准差4.4℃，满足工业现场温度测量精度要求；连续观测实验与裂解炉实际运行情况完全一致，表明该系统能够解决管式工业炉炉管表面温度连续实时监测的技术难题。
红外辐射 表面温度 对比实验 测量误差 infrared radiation surface temperature comparison experiment measurement deviation
