光子学报
2023, 52(10): 1052407
江苏师范大学物理与电子工程学院，江苏 徐州 221116
基于腔增强吸收光谱（CEAS）技术和波长调制光谱（WMS）技术，搭建了腔增强光谱测量系统，并采用该系统实现了CO体积分数的测量。实验中使用中心波长为2.3 μm的分布式反馈激光器作为光源，以反射率为99.8％的两片高反镜构建了基长为30 cm的光学腔，达到了147.15 m的有效吸收路径；在此基础上，利用4297.705 cm-1处的CO吸收谱线作为传感目标，实现了对CO的探测。利用CO体积分数不同的CO+N2的混合气体对系统的测量准确度进行验证，结果显示，测量值与参考值大小基本吻合，测量误差约为0.2%，证实了所搭建系统的测量准确性。利用体积分数为3×10-6的CO气体的二次谐波信号对系统的探测极限进行了分析，得到系统对CO的探测极限为138×10-9。
光谱学 腔增强吸收光谱技术 波长调制光谱 CO气体 体积分数测量 中国激光
2023, 50(13): 1311001
1 安徽建筑大学电子与信息工程学院，安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学机械与电子工程学院，安徽 合肥 230601
3 清华大学合肥公共安全研究院，安徽 合肥 230601
4 安徽泽众安全科技有限公司，安徽 合肥 230601
针对甲烷气体泄漏高精度、非接触和远距离探测的需求，提出一种基于TDLAS-WMS的甲烷泄漏遥测系统。该系统采用高级精简指令集机器（ARM）和现场可编程门阵列（FPGA）双核架构，FPGA实现数字锁相解调提取一次谐波（1f）和二次谐波（2f）信号，ARM通过串行外设接口（SPI）实时接收FPGA解调的1f、2f信号并传送至Labview进行谐波信号分析和甲烷浓度在线解调。通过2f/1f信号处理技术消除光强与靶标反射系数的变化对系统测量结果的影响。研究同等实验条件下0~90 m范围内谐波信号与探测距离的关系，结果表明，2f/1f信号处理技术对噪声抑制效果显著。测量不同积分浓度的谐波信号，采用最小二乘法对2f/1f和气体积分浓度数据进行线性拟合，获得系统标定线性度，为0.9966。对系统误差进行实验测量和分析，在0~2000×10-6 m范围内，系统测量最大相对误差为-3.66%，最小为-0.23%。利用1500×10-6 m甲烷浓度的二次谐波信号评估系统的检测下限为70.5×10-6 m。结果表明，设计和研制的甲烷泄漏遥测系统可广泛应用于城市燃气场站和天然气管网等场合的燃气突发泄漏监测预警。
遥感 甲烷气体遥测 TDLAS 波长调制光谱 FPGA 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0628006
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Precision Measuring Technology and Instruments, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Tianjin Key Laboratory of Intelligent Control of Electrical Equipment, Tiangong University, Tianjin 300387, China
3 College of Power and Energy Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China
Studies on the kinetics of gas-phase chemical reactions currently rely on calculations or simulations and lack simple, fast, and accurate direct measurement methods. We developed a tunable laser molecular absorption spectroscopy measurement system to achieve direct measurements of such reactions by using wavelength modulated spectroscopy and performed online measurements and diagnostics of molecular concentration, reaction temperature, and pressure change during the redox reaction of ozone with nitrogen oxides (NOx) with 0.1 s temporal resolution. This study provides a promising diagnostic tool for studying gas-phase chemical reaction kinetics.
optical sensing wavelength modulated spectroscopy reaction kinetics nitrogen oxides Chinese Optics Letters
2023, 21(1): 011202
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室， 上海 201800
2 中国科学院大学， 北京 100049
3 山东华辰泰尔科技发展有限公司， 山东 济南 250101
研制了一套基于数字反馈稳频的便携式瓦斯浓度遥测装置，采用电流和温度双重反馈稳频的策略抑制了激光器波长的长期漂移，同时也保证了光功率的长期稳定性。实验结果表明，9 h内激光器波长的长期漂移小于1.2 pm，光功率保持稳定，保证了瓦斯浓度的长期连续稳定的测量；不同距离下浓度测量值重复性较好，浓度波动小于5%，满足实际环境中(如天然气管道泄漏、煤矿等)瓦斯浓度测量需求。
激光技术 谐波稳频 波长调制光谱 瓦斯遥测 重复性
1 武汉理工大学 a.光纤传感技术国家工程实验室
2 武汉理工大学 b.材料科学与工程学院，武汉 430070
钢结构的锈蚀监测对于钢结构安全的早期预警非常重要.本文提出了一种制备布喇格光纤光栅锈蚀传感器的方法，并研究了该传感器在不同湿度环境下的传感规律.结合磁控溅射和电镀的方法在光栅侧表面制备了Fe-C合金传感膜；利用扫描电子显微镜观察其侧表面形貌；检测在相对湿度60%和99%下中心波长的变化，进而分析该光纤光栅探头在不同湿度下的传感规律.实验和数据分析结果表明：在相对湿度为60%时，锈蚀进程缓慢，随着时间的推移波长呈线性化增加；相对湿度达到99%时光栅光谱出现多峰现象.据此得出：一定湿度条件下，该传感器可监测锈蚀进展；当环境湿度较高（达到99%）时，该传感器可用于锈蚀出现的早期预警.
光纤光栅 锈蚀传感器 湿度条件 波长调制 Fiber Bragg Grating(FBG) Corrosion sensor Humidity Wavelength modulated
