基于激光吸收的火场毒性气体探测研究

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火场中存在的大量毒性气体是危害火场人员生命的主要原因,也是进行火场扑救时的重要障碍,因此,实时检测火场毒性气体成分十分重要。而现有的检测设备并不能同时满足火场毒性气体检测所要求的实时性、多组分、高灵敏度、强的气体选择性以及便携性。本文针对以上要求,对基于激光吸收的火场毒性气体探测方法进行了研究,并搭建了实验系统。 本文首先从有关的气体探测报告和文献出发,选择CO和CO< ,2>为待检测毒性气体。然后对现有的毒性气体检测方法的分析比较,确定采用基于谐波检测的波长调制光谱技术作为系统的检测方法。随后对波长调制光谱技术原理进行了介绍。针对多组分气体探测的要求,分析了基于波长调制光谱技术的常见多组分气体检测方案,通过比较采用多激光器配合合波器分时复用的方案。以HITRAN04数据库中CO、CO<,2>、常见干扰气体O<,2>和H<,2>O的吸收线和光纤通信常用波段为依据,确定了CO在6380.3013cm<-1>处吸收线和CO<,2>在6214.5877cm<-1>处吸收线为待测吸收线。随后对影响波长调制光谱技术检测精度的因素及其解决方法进行了分析,选择采用背景扣除配合最小二乘法作为系统的数据分析方法。随后介绍了实验系统的总体组成并重点介绍了多通道激光器控制器的设计,该激光控制器集成了电流驱动和温度控制功能并能同时控制4只半导体激光器,简化了系统中电子设备的复杂性。最后通过对CO、CO<,2>的浓度测量实验验证了设计的激光控制器及所采用的数据分析方法的可行性。 实验证明所设计激光控制器的电流驱动电路及温控电路稳定性较好,预热后激光器输出光波长没有明显漂移,而所采用背景扣除配合最小二乘法的数据分析方法可以在很大程度上消除系统背景谱线对测量的影响。
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