可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)作为一种痕量气体精确检测的方法,已广泛应用于生活生产之中,该方法可通过积分吸光度与气体浓度的线性关系准确反演待测气体的浓度。环境变化和系统噪声等易造成吸光度曲线发生变形,故需对吸光度曲线进行非线性拟合,将其回归至Voigt模型。设计并搭建了基于TDLAS的CO实时在线监测系统,在此平台基础上,提出了一种三角替代Voigt线型单光谱积分吸光度的快速计算方法,并与高斯-埃尔米特方法进行比较。结果表明:三角替代方法浓度反演精度仅下降0.11%,平均计算耗时缩短84.19%;三角替代Voigt线型拟合方法以极小的精度损失,大幅提高了线型拟合的运算速度。

采用波长532 nm激光(脉宽为8 ns)诱导激发铜合金等离子体光谱, 研究了激光能量分别为100, 80, 60和40 mJ时, 常压下谱线(CuⅠ 324.754 nm)自吸收现象; 在激光能量为100和40 mJ的条件下, 研究了低环境压力对铜合金等离子体元素发射谱线自吸收现象和谱线特性的影响。 结果表明: 常压下谱线(CuⅠ 324.754 nm)存在严重的自吸收现象, 自吸收程度随激光能量减小而降低。 适度降低环境压强, 谱线的自吸收程度大大降低, 谱线的信背比增大, 且在一定的低气压条件下, 自吸收现象可以基本消除。 在5.0×104 Pa气压下, 两种能量下谱线的信背比均达到最大值, 分别为8.90和8.66, 相对于常压分别增大了11.23和12.62倍, 此时谱线强度的相对标准偏差分别为2.9%和1.3%; 两种能量下等离子体元素发射谱线的线宽随着气压的下降迅速减小, 当气压为5.0×104 Pa时, 等离子体元素发射谱线的线宽分别为0.08和0.06 nm, 是常压下线宽的19%和20%。 研究表明: 低压环境能明显提高光谱分析的灵敏度和精密度, 使得在分析较高含量元素时允许选择灵敏谱线, 为采用LIBS技术准确测定高含量元素提供了有效方法。

近年来近红外激光吸收光谱检测技术得以飞速发展，其中对吸收线的光谱解析是光谱检测的重要研究内容之一.文章建立了气体激光吸收光谱测量实验平台，重点研究了混叠吸收线光谱检测算法，以6528.8 cm-1附近氨气吸收线为例，开展了特征光谱解析实验与算法研究.结果表明，结合小波降噪方法后，信号均方根误差降低4.45倍，利用多线Voigt线型拟合算法实现混叠吸收线特征光谱解析，线型拟合残差优于±2%.实验获得了氨气在室温不同压力下的特征吸收光谱，并计算得到各条吸收线的线强参数结果.测量线强与Hitran数据库的相对偏差在5.67~8.2%之间，线强计算的不确定度约为4.6%.有效的混叠吸收线光谱解析算法可实现气体线强参数的准确测量，有益于提高氨气浓度反演的准确性.

可调谐半导体吸收光谱(TDLAS)技术具有高选择性、高分辨率和速度快等优点,已经在环境检测、工业过程检测等方面得到广泛应用。主要分析洛伦兹线型拟合,研 究Levenberg-Marquardt算法的原理及实现步骤,基于Levenberg-Marquardt算法实现吸收谱线的洛伦兹线型拟合。对六组不同浓度的CO2 标准 气体进行浓度反演,反演浓度与实际浓度的相关系数达0.9928,表明洛伦兹线型拟合可以准确反演出气体的浓度,对TDLAS技术中浓度的反演具有实际的指导意义。

分子光谱理论是光谱吸收式光纤气体传感器的理论基础，对于光纤红外法检测有毒气体的浓度具有重要意义。根据朗伯-比尔（Beer-Lambert）理论，首先从甲烷（CH4）气体浓度的定量分析以及分子参数的理论进行研究，再通过分析 CH4气体的吸收线得出其吸收系数α(v)的一般方法。由分析得当气体压强 P＜0.02 atm时多普勒展宽占优势，用高斯线型拟合吸收线；当 P＞0.l atm时碰撞展宽占优势，用洛仑兹线型拟合吸收线；当 0.02 atm＜P＜0.l atm时两种展宽都存在，这时用伏格特线型拟合吸收线，理论上得到很好的结果。

对爆轰燃气准确有效地检测可以为探索爆轰形成机理以及提升爆轰发动机工作效率提供数据支撑。 提出了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术结合双光路互相关算法的气液两相爆轰燃气速度、 温度和组份浓度同时在线测量方法, 针对口径80 mm无阀式脉冲爆轰发动机设计并搭建了双光路光学测试系统, 通过50 kHz高频扫描1 343 nm波段H2O吸收谱线完成对爆轰燃气速度、 温度及H2O气体浓度的在线诊断。 测试结果表明光学测试系统可以实现对瞬态爆轰过程燃气变化特征的细致分析, 单个爆轰过程持续时间为85 ms, 爆轰循环过程中爆轰波速度最高达到1 172 m·s-1, 爆轰燃气最高温度达到2 412 K, 爆轰燃气中H2O气体浓度维持在0～7%之间; 爆轰过程中出现了短暂的速度平台与温度平台。