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TDLAS信噪比及检测下限计算方法的研究

作　者: 蔡彦
导　师: 吴尚谦
学　校: 昆明理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: 可调谐二极管激光器吸收光谱波长调制光谱检测下限噪声信噪比
分类号: TN911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

可调谐二极管激光吸收光谱方法结合谐波检测由于具有低检测下限、高信噪比和高灵敏度等特点使之成为痕量气体原位、实时在线监测的有效方法之一。本文对气体吸收光谱学基本理论、可调谐二极管激光吸收光谱检测系统基本结构和主要部件的特性进行了分析；对可调谐二极管激光吸收光谱方法中的频率调制光谱和波长调制光谱方法的同异点进行了阐述,在此基础上创新性的提出了一种同时考虑波长和振幅调制的波长调制光谱二次谐波信号分析及提取方法。提出传统波长调制光谱方法中忽略的残余幅度调制噪声是一个重要的灵敏度影响因子,并以二次谐波信号峰谷差值作为系统的检测信号,实施信噪比和检测下限的计算。研究中详细分析探讨了伴随发生的振幅调制对信噪比和检测下限的影响,对洛伦兹和高斯吸收线型两种情况分别做了计算,结果表明残余幅度调制噪声对系统的信噪比和检测下限有不可忽略的重要影响。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
插图和附表清单  8-9
第1章绪论  9-27
  1.1 研究背景、目的及意义  9-12
    1.1.1 研究背景  9-11
    1.1.2 研究目的及意义  11-12
  1.2 痕量气体检测方法概要  12-19
    1.2.1 非光学检测方法  12-14
    1.2.2 光学检测方法  14-19
  1.3 TDLAS信噪比及检测下限的研究现状  19-25
    1.3.1 国外研究进展及现状  19-22
    1.3.2 国内研究进展及现状  22-25
  1.4 本文主要研究内容及结构  25-27
第2章 TDLAS痕量气体检测基本理论与检测系统  27-41
  2.1 气体吸收光谱基础  27-33
    2.1.1 气体分子吸收光谱  27-29
    2.1.2 吸收线谱线展宽与谱线线型  29-32
    2.1.3 吸收光谱谱线的选择  32-33
  2.2 TDLAS检测系统构成  33-39
    2.2.1 激光光源  33-35
    2.2.2 吸收池  35-36
    2.2.3 光电探测器  36-37
    2.2.4 锁相放大器  37-39
    2.2.5 驱动电路  39
  2.3 吸收信号的测定方法  39-41
第3章谐波检测方法  41-48
  3.1 波长调制光谱方法  41-43
  3.2 频率调制光谱方法  43-48
第4章 TDLAS谐波检测信噪比的计算方法  48-59
  4.1 系统噪声分析  48-50
    4.1.1 散粒噪声  48
    4.1.2 1/f噪声  48-49
    4.1.3 热噪声  49
    4.1.4 RAM噪声  49
    4.1.5 其他噪声  49-50
  4.2 直接吸收光谱方法信噪比的分析  50
  4.3 FM-AM方法信噪比的计算研究  50-59
    4.3.1 洛伦兹吸收线型情况  53-56
    4.3.2 高斯吸收线型情况  56-59
第5章 TDLAS谐波信号检测下限的计算方法  59-63
  5.1 检测下限的计算方法  59
  5.2 一次谐波信号检测下限的计算  59-60
  5.3 二次谐波信号检测下限的计算  60-63
第6章总结与展望  63-65
  6.1 总结  63-64
  6.2 后续研究展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-72
附录A 攻读硕士期间发表论文目录  72-73
附录B 计算程序及说明  73-86

TDLAS信噪比及检测下限计算方法的研究

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