第34卷，第10期 2014年10月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 34 ,No. 10 -pp2851-2857
October,2014
基于红外光谱技术的混合气体检测系统概述
党敬民，，付丽，闫紫徽”，郑传涛，常玉春，陈晨3*，王一丁1*
1.集成光电子学国家重点联合实验室，吉林大学电子科学与工程学院，吉林长春130012 2.清华大学自动化系，北京100084
3.吉林大学仪器科学与电气工程学院，吉林长春130026
摘要为了给从事红外混合气体检测领域的研究人员提供一定的借鉴与参考，针对红外混合气体检测系统中的光学复用结构以及检测方法进行广详细评述。目前，以量子级联激光器（OCL）、带级联激微光器(ICL)为代表的相干光源已逐渐取代热辐射红外光源、红外发光二极管（LED)等传统非相干光源，成为红外混合气体检测中的主流光源。相应地，具有超高探测度和极短响应时间的红外光探测器也逐渐超越以往的红外热探测器，占据红外探测器领域的主导地位。基于“复用思想”的光学复用结构则是红外混合气体检测系统的核心，主要包括单光源复用检测结构和多光源复用检测结构。其中，单光源复用检测结构以其体积小、集成度高等优点成为构建便携式混合气体检测系统的重要选择；而多光源复用检测结构是时分复用、频分复用、波分复用等思想的具体化，并凭借其较宽的光谱覆盖范围、较高的光谱分辨率等优势成为当前混合气体检测系统中的主导结构。应用于红外混合气体检测的检测方法主要有非分光红外(NDIR)光谱技术、波长/频率调制光谱技术、腔增强光谱技术以及光声光谱技术等。研究人员可通过对红外混合气体检测系统各组成部分充分广解后，设计出实用的红外混合气体检测系统，对工农业生产、环境监测、生命科学等诸多领域都具有重要意义。
关键词红外混合气体检测；红外光源；光学复用结构；红外光谱技术
中图分类号：0657.3
文献标识码：A
引言
DOI : 10, 3964 /j. issn. 1000-0593 (2014)10-2851-07
1光学复用结构
近些年红外混合气体检测已广泛应用于诸多领域，包括大气化学分析、工业过程控制、农业生产管理，城市环境质量检测、生命科学研究等口，2]。目前，世界上众多研究机构正致力于红外混合气体检测系统的研究工作，主要有美国 Rice大学、Pranalytica公司、澳大利亚MQ光子研究中心等，国内主要有中北大学、安徽光机所等研究机构。然而，前关于红外混合气体检测系统概述的文章很少，本文在此方面予以一定的补充。
首先根据光源的特性以及复用方法对应用于红外混合气体检测系统的一些典型光学结构归类并详细介绍。然后，对当前红外混合气体检测中儿种主流的光谱检测技术分别进行阐述。最后，进行总结并展望。
收稿日期：2014-03-18，修订日期：2014-08-12
在基于红外光谱技术的混合气体检测中，光学复用结构是检测系统的核心部分，它既是红外光传播的媒介，又是气体吸收红外光能的主要场所。近些年，光学复用结构不断革新，从光源的种类、数量以及光学复用的角度分析，以下两类结构极具代表性。
1.1单光源复用检测结构
1.1.1单激光光源波长调谱检测结构
本结构通常由可调谐激光光源、透镜、光纤、气室、探测器等元件构成，目前主要有两种类型：
(1)可调谐激光器波长调谐结构
图1是德国Heidelberg大学的Gabrysch等采用分布反馈激光器（(DFBDL)对CO和CO：两种气体同时进行检测的典型结构。
基金项目：国家科技支撑计划项目（2013BAK06B04，2014BAD08B03)资助
作者简介：党敬民，1987年生，吉林大学电子科学与工程学院博士研究生
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*通讯联系人e-mail : cchen@ jlu .edu .cn; wangyiding48@ yahoo .com.cn