第35卷，第1期 2015年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
基于多模二极管激光吸收光谱的氧气浓度测量
高光珍1，2，蔡廷栋2*，胡波，贾天俊 1.滨州学院光电工程系理论物理研究所，山东滨州256603 2.江苏师范大学钧理与电子工程学院，江苏徐州221116
Vol.35,No.1-pp34-37
January,2015
摘要可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS)具有高灵敏度、高选择性和快速响应等特点，被广泛应用于环境监测、工业生产监控和生物医疗等众多领域。为克服传统TDLAS技术成本高以及长时间工作过程中由于中心波长偏移造成的稳定性差等间题，提出广利用多模二极管微光关联光谱和谐波检测技术实现氧气浓度在线监测的研究。以Fabry-Perot(FP)激光器为光源，通过对760nm附近氧气分子的多条吸收谱线的探测，实现了对氧气浓度的测量。输出光束被分光系统分成两路信号，分别经过样品池和测量池，双路接收采集含有气体浓度信息的光信号送后级处理，通过测量信号和参考信号之间的相关性及比例关系对氧气浓出：量通量“生平中：条件下，系统的探测极限为280Ppm·m，对同一样品在30min内的30次连续测量的标准偏差为0.056%，表明了系统良好的稳定性。该系统在软、硬件上的设计可以满足氧气的在线监测，且系统稳定性高、装置简单、易用，便于复杂环境应用。
关键词可调谐多模二极管微光器：关联光谱：谐波检测：氧气浓度
中图分类号：0657.3
引言
文献标识码：A
DOI : 10. 3964 /j. issn. 1000-0593(2015 )01-0034-04
应用。为解决上述问题，近年来出现了一种以多模激光器作为光源的多模二极管激光吸收光谱技术（TMDL），该技术与关联光谱技术(COSPEC)相结合，利用多个激光模式产生的
氧气（0)是地球大气中主要成分之一，也是重要的助燃
物质。对于燃烧而言，0浓度可以直接反映出燃烧的情况，对0：浓度的实时在线监测不但可以为提高燃烧效率、降低污染物排放提供数据支持，而且关系到生产的安全顺利进行和工人的生命安全。例如在冶金、炼钢等行业生产过程中，焦炉煤气、转炉煤气和高炉煤气的主要成分为CO，H2， CH等易燃易爆气体，当氧气浓度超过限定值时（1%~～ 2%），就易引起爆炸而导致惨重的经济损失与人员伤亡。此外，在与人类健康有关的呼吸气体检测，21及发动机燃烧控制[3.4]等领域，对0：的检测也有重要意义
目前日趋成熟的可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术具有响应速度快、不干扰流场以及可靠性高等优点，已被广泛应用于大气污染物的浓度测量5.6]。但TDLAS技术也存在不足之处，它对光源单模输出要求高，需对光源进行锁频或严格的温控，仅采用某一条谱线来推演待测气体信息，降低了测量的可靠性。这些缺点制约了它的进一步广泛
收稿日期：2013-12-30，修订日期：2014-05-24
共振信号推演待测气体浓度，提高了测量的可靠性，已成功应用于一氧化碳、二氧化碳、乙炔气体的测量7-5。气体测量系统的一项重要指标是系统的探测极限，探测极限一般使用信噪比(S/N)来衡量。研究表明，调制技术，例如使用二次谐波探测的波长调制光谱技术，是提高信噪比的有效方法，并已被广泛运用到光谱测量系统[10,11]。
设计了一套基于关联光谱和谐波检测技术的多模二极管激光关联波长调制光谱测量系统（TMDL-COSPEC-WMS），以中心波长位于760nm处的多模二极管激光器作为激发光源，实现了对氧气浓度的准确测量，并通过对O2一N.混合气体的连续测量，验证了系统的稳定性和灵敏度，同时证明
了该方法在气体监测应用方面的良好效果。 1基本原理
多模激光可看作多个单模激光的集合，各个模式由于存
基金项目：国家自然科学基金项目（11104237），江苏省高校自然科学基金项目（11KJB140010），滨州学院科研基金项目（BZXYG1304)资助作者简介：高光珍，女，1980年生，滨州学院光电工程系博士研生
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