近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院安徽光學(xué)精密機械研究所研究員張志榮團隊在激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）氣體檢測譜線混疊干擾與分離研究方面取得進展，相關(guān)研究成果分別發(fā)表在Sensors and Actuators B: Chemical和Optics Express上。
可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）是最常用的氣體檢測方法，具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、操作容易等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)學(xué)診斷、工業(yè)過程監(jiān)測等領(lǐng)域。但是，工業(yè)、煤礦、油氣等特殊場景中，不僅包含非常復(fù)雜的氣體組分，而且氣體組分含量差別巨大，以至于激光吸收光譜技術(shù)檢測時會遭遇氣體譜線之間的混疊，產(chǎn)生交叉干擾的“共性”技術(shù)瓶頸，為TDLAS技術(shù)的應(yīng)用增加了難度，限制了該技術(shù)在某些行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展。
該團隊研究人員對煤礦中甲烷（CH4）和微量一氧化碳（CO）氣體進行分析，分別利用偏最小二乘和非負最小二乘方法，解決了含量為百分量級的CH4和百萬分量級的CO氣體的混疊光譜干擾的解調(diào)問題。從吸收光譜機理上提出了“光譜分離度”的概念，并進行了詳實的仿真模擬和復(fù)雜的實驗驗證。經(jīng)過實驗分析，兩種方法均表現(xiàn)出了良好的解調(diào)效果，能夠在兩種氣體濃度相差3-4個數(shù)量級（光譜特征嚴重混疊干擾）的特殊情況下仍然準確解調(diào)其中的微量氣體成分，提高了系統(tǒng)的選擇性和可靠性。因此，該方法能夠在不增加壓力控制等硬件設(shè)備的基礎(chǔ)之上，利用軟件算法解調(diào)混疊光譜，為利用單支DFB激光器完成兩種或多種混合氣體濃度的準確測量提供了方向，拓寬了激光吸收光譜氣體傳感系統(tǒng)的環(huán)境適用性和應(yīng)用前景。
相關(guān)研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、安徽省重點研發(fā)計劃、合肥研究院“火花”基金、中科蚌埠技術(shù)轉(zhuǎn)移中心重點專項等項目的支持。
CO和CH4分別測量和混合氣測量的二次諧波信號情況
不同濃度的CH4氣體對CO測量結(jié)果的影響處理
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