为了提高二氧化碳气体检测系统的测量空间分辨率并减小系统体积，设计了一种基于2 μm激光二极管和Herriott多光程吸收池的高灵敏二氧化碳气体传感器。设计并加工了有效光程为2.6 m的Herriott池来进行光路折叠。使用中心波长为2 μm的激光二极管，覆盖二氧化碳分子在4 989.9 cm^-1处的较强吸收线。采用波长调制技术减小系统的噪声。此外，为系统加载Kalman滤波技术来进一步提高探测灵敏度。实验结果表明，采用该传感器，系统的探测极限在1 s的积分时间下可达到0.18×10^-6，而经过自编程实时Kalman滤波后探测极限可达到0.13×10^-6，提高了27%。采用该传感器对室内二氧化碳浓度进行长达8 h的连续监测，并在暨南大学理工学院楼顶进行了24 h的二氧化碳浓度监测，证明了仪器的稳定性。

烟气氨逃逸是许多大型能源转化设备脱硝系统都存在的问题，大量的氨逃逸不仅威胁机组运行，增加系统维护成本，而且还会形成二次污染，危害大气环境和人体健康，因此，必须对氨逃逸进行实时监测和有效控制。可调谐二极管激光吸收光谱技术是一种先进的痕量气体检测技术，具有灵敏度高、选择性强、可实时在线测量等优点，广泛应用于各种污染气体检测领域，并且已经成为当前烟气氨逃逸在线检测的主流技术。本文介绍了可调谐二极管激光吸收光谱技术的基本原理，总结了氨逃逸的常用检测方式，综述了可调谐二极管激光吸收光谱技术在烟气氨逃逸检测方面的研究和应用进展，并对未来的发展应用进行了展望。

可调谐二极管激光吸收光谱技术由于选择性强、 灵敏度高、 精确度高、 非侵入式测量等优点, 被广泛应用于大气环境监测、 燃烧流场诊断、 工业过程控制、 人体呼吸探测等领域。 直接吸收技术和波长调制技术是可调谐二极管激光吸收光谱技术两种不同的测量手段, 其中直接吸收技术测量系统结构简单、 信号处理相对容易、 成本较低、 避免提前标定, 在测量气体为常量组分时广泛使用。 直接吸收技术测量气体浓度时, 首先需要从光谱吸收信号中得到一条表示未吸收的基线信号, 这一过程被称为基线拟合。 基线拟合不准确会给测量结果带来较大误差, 这也是直接吸收技术难以达到低探测限的原因之一。 针对上述问题, 基于梯度下降法, 将基线、 气体浓度、 吸收线型等作为未知量, 通过建立激光吸收光谱信号的数学模型, 对透射信号直接拟合, 最终得到气体的浓度信息。 这种方法同步拟合了线型和基线, 相比传统的积分面积法, 增强了拟合的整体一致性。 在近红外激光吸收光谱气体浓度检测系统上, 利用中心波长在1 580 nm处的分布反馈式激光器, 通过该方法对实际浓度为10%, 12%, 14%, 16%, 18%和20%的CO₂进行了测量, 并将测量结果与积分面积法测量结果进行对比。 研究结果显示, 六种浓度下直接拟合法的曲线拟合方差均小于1×10^-4, 测量浓度的最小相对误差仅为0.90%, 最大相对误差为4.40%, 此时迭代时间在4 s以内, 计算检测限为0.39%; 直接拟合法和积分面积法得到的浓度平均相对误差分别为2.63%和5.74%, 直接拟合法优于积分面积法。 实验研究验证了基于梯度下降法直接拟合光谱吸收信号的气体浓度测量方法的可行性与准确性, 为直接吸收技术提供了一个新的思路。

在利用可调谐二极管激光吸收光谱技术测量一氧化碳（CO）气体浓度时，反演精度受光强、温度、压强等的影响，需要对系统的总体误差进行分析与分配。为了提高TDLAS的测量精度，降低多项误差对测量的影响，本文提出了对系统各个测量误差的分配方法。首先建立了CO浓度反演的误差模型，基于二次谐波测量原理引入了二次谐波峰值、光强、驱动电流、温度、压强和光程几项误差；其次，利用随机化方法分别研究了系统各项误差对浓度误差的影响，并通过数值拟合的方法推导了浓度误差与各项误差的关系，比较了浓度误差对各项误差变化的灵敏度；最后，根据求得的灵敏度关系，综合考虑浓度测量要求以及现有器件的工艺水平，对各项误差进行了合理、有效的分配。利用蒙特卡洛法对本文所提出的各项误差分配方案进行了仿真，仿真结果表明，在CO体积分数为2.5%时，该误差分配方案可使浓度测量的绝对误差小于0.025%。在实验室条件下对体积分数为2.5%的CO进行了测量，其绝对误差小于0.01%，实现了对CO气体浓度的高精度反演。本文的研究结果保证了TDLAS浓度检测系统在多项误差影响下的测量精度，同时，可有效降低系统的设计难度和经济成本，对仪器的开发和应用具有重要的指导意义。