基于光纖環(huán)腔激光技術的氣體傳感系統(tǒng)儀器化研究.pdf

1、基于光纖環(huán)腔激光技術的氣體傳感方法因為具有很高的檢測靈敏度，受到了國內(nèi)外的廣泛關注。采用該方法進行氣體檢測時由于系統(tǒng)不穩(wěn)定、噪聲大等問題使傳感效果遠不及理想情況。為了使該氣體檢測方法能夠盡快從實驗室階段走向?qū)嵱没?，進行基于光纖環(huán)腔激光技術的氣體傳感儀器化研究意義重大。
　　 本課題針對儀器化氣體傳感器系統(tǒng)，進行了如下主要工作：
　　 1、對EDFA特性及摻鉺光纖的能級理論進行了研究，基于速率方程構建了光纖環(huán)腔激光系統(tǒng)的理

2、論模型，搭建了光纖環(huán)腔激光系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)得到了光纖環(huán)腔激光器輸出與泵浦電流、系統(tǒng)損耗和輸出耦合比的關系，并獲得了光纖環(huán)腔激光器的優(yōu)化參數(shù)。
　　 2、基于光纖環(huán)腔激光技術的理論和實驗構建了氣體傳感系統(tǒng)理論模型，理論模擬了系統(tǒng)損耗、泵浦功率與氣體譜線吸收度的關系；在氣體傳感系統(tǒng)理論模型的基礎上，從以下幾方面設計了光纖環(huán)腔激光氣體傳感系統(tǒng)的原理樣機：
　　 光學設計：采用F-P標準具實現(xiàn)了可調(diào)諧光濾波器非線性的實時標定；優(yōu)

3、化了系統(tǒng)光路使氣體傳感靈敏度增強系數(shù)提高了5倍以上。
　　 機械設計：設計了儀器外殼及10cm、20cm和50cm長度的系列化氣室。
　　 電路設計：完成了低噪聲的光電探測電路，并以STC單片機為核心設計了光源功率測量顯示電路及智能選頻電路。
　　 算法設計：利用小波去噪方法對吸收光譜進行了預處理；采用洛倫茲擬合對氣體吸收譜線進行了擬合；設計了氣體吸收譜線的提取算法。
　　 軟件系統(tǒng)構建：以labview

4、為基礎構建了集原理樣機控制、數(shù)據(jù)采集與處理和結果顯示等功能為一體的軟件系統(tǒng)。
　　 3、對設計完成的原理樣機進行了測試，該儀器可以實現(xiàn)對1525nm-1565nm氣體吸收譜線的測試，采樣誤差<11×10-7，波長定位誤差<80pm，氣體濃度測試的累積重復性CV<0.015，可探測乙炔氣體的最低濃度達到200ppm。利用該原理樣機研究了內(nèi)腔法與外腔法的不同以及氣室長度、系統(tǒng)損耗、氣體濃度與靈敏度增強的關系，測試結果與理論結果吻合。