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一种新型气相传感方案，采用光纤耦合离轴积分腔输出光谱技术（FC-OA-ICOS）与腔反射波长调制光谱技术（CR-WMS）
摘要： 通过多模光纤将第一腔镜的反射光反馈至单/多程气室，我们结合光纤耦合离轴积分腔输出光谱技术（FC-OA-ICOS）与腔反射波长调制光谱技术（CR-WMS），开发出一种新型甲烷（CH4）检测的气相分析方案。该方案包含一个电子?？楹土礁鐾ü?多模光纤连接的光学传感?？椤Ｎ橹じ眉际醯姆治瞿芰?，我们利用这两个光纤耦合光学模块开展了长距离气体传感应用测试：采用FC-OA-ICOS时获得84秒平均时间的3ppm体积比（ppmv）检测限，采用CR-WMS时实现150秒平均时间的56ppmv精度。该传感器系统通过宽动态范围（~15ppmv至~12%）实现了两种不同量程的甲烷检测?；谖尴呖刂频某翟仄宕衅?，在静态与移动模式下对甲烷泄漏进行了环境监测。这种配备光纤耦合双光学模块的气体传感方案展现出优异的长距离野外甲烷测量潜力，尤其适用于无法进行现场人工观测的危险环境。
关键词： 遥感分析、光纤耦合、波长调制光谱技术、化学气体传感器、离轴积分腔输出光谱技术
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于新型三镜密集型气体池的近红外可调谐激光吸收光谱乙炔传感器系统
摘要： 与广泛报道的传统双镜赫里奥特池相比，本研究提出了一种基于三镜的高密度图案气体池。通过对比模拟光斑图案、有效光程与实验结果，证实了其建模与设计的有效性。设计了一套机械结构用于调节三镜的位置/角度以实现光路校准。实验测得反射次数为60次，对应光程长度约11米，与理论值10.95米高度吻合。结合中心波数位于乙炔（C2H2）6521.2 cm?1吸收线的近红外激光器，建立了乙炔传感器系统以验证三镜气体池的可行性。借助数据采集（DAQ）卡，基于LabVIEW平台开发了激光驱动信号生成及探测器二阶谐波（2f）信号采集系统。通过艾伦方差分析，该传感器系统在0.5秒平均时间下的检测限（LoD）为4.36 ppm；当平均时间超过10秒时，检测限<1 ppm。所提出的三镜气体池模型与设计可用于实现不同吸收光程的同类气体池，服务于基于红外吸收光谱的气体检测。
关键词： 激光吸收光谱法、多通气体池、乙炔检测、波长调制光谱技术
更新于2025-09-16 10:30:52
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采用新型双输入双输出耦合方案抑制模式噪声的离轴积分腔输出光谱近红外甲烷传感器系统
摘要： 离轴积分腔输出光谱技术(OA-ICOS)中的模式噪声抑制是提升传感器系统信噪比(SNR)的关键，其核心在于平滑腔模结构并减小腔模线宽。我们提出了一种新型OA-ICOS双输入双输出(DIDO)耦合方案用于模式噪声抑制，从理论上研究了分光比与光反射次数对输出强度及腔模线宽的影响。通过甲烷(CH4)检测实验，从检测灵敏度与信噪比角度验证了该方案对腔模噪声的抑制效果。基于DIDO的OA-ICOS传感器系统获得了221的信噪比和1.73×10?? cm?1 Hz?1/2的检测灵敏度，相比常规单输入单输出(R-SISO)方案，信噪比提升约2.5倍，灵敏度提升约2.2倍。进一步通过数值模拟研究多输入多输出(MIMO)构型以验证该检测原理的噪声抑制能力。本研究揭示了新型激光-腔耦合方法，为开发具有更高信噪比与灵敏度的OA-ICOS传感器提供了新途径。
关键词： 甲烷检测、离轴积分腔输出光谱技术、波长调制光谱技术、双输入双输出、化学气体传感器
更新于2025-09-16 10:30:52