基于可调谐半导体激光器吸收光谱的高灵敏度甲烷浓度遥测技术∗

丁武文 孙利群 衣路英

(清华大学精密仪器系,精密测试技术及仪器国家重点实验室,北京 100084)

基于可调谐半导体激光器吸收光谱的高灵敏度甲烷浓度遥测技术∗

丁武文 孙利群†衣路英

(清华大学精密仪器系,精密测试技术及仪器国家重点实验室,北京 100084)

(2017年1月6日收到;2017年2月16日收到修改稿)

讨论了一种新的高灵敏度甲烷遥测方法,利用可调谐激光二极管的调制光谱技术扫描甲烷的吸收峰,通过在测量光路中插入参考气池,增强低浓度情况下的吸收峰辨识能力,以提高甲烷浓度遥测信号的信噪比.此外,可以将激光器的中心波长锁定至气体吸收峰的峰值位置从而使仪器工作于吸收峰锁定模式,进行甲烷浓度的连续监测.实验结果表明,在测量距离分别为10 m和20 m时,周围环境中的甲烷积分浓度探测极限可以分别达到5 ppm·m和16 ppm·m.在吸收峰锁定工作模式下,系统在37 m距离处具有22 ppm·m的检出限,并可以监测甲烷浓度的快速变化.

∶波长调制光谱,遥测,可调谐激光,背向散射

PACS∶07.07.Df,42.62.—b,42.62.Fi,42.68.CaDOI∶10.7498/aps.66.100702

1 引 言

甲烷(CH4)在自然界分布很广,它可用作燃料及制造氢气、碳黑、一氧化碳、乙炔及甲醛等物质的原料[1,2],是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分.作为重要的清洁能源,甲烷在中国被广泛使用,以解决燃煤造成的环境污染问题.但是,由于甲烷属于易燃易爆气体,甲烷泄漏遇火会发生爆炸,造成安全生产事故,严重地危害着生产工人的生命安全.同时,甲烷也是一种温室气体,同量……