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用于中红外痕量气体检测的光电信号高速采集系统设计 被引量：10
1
作者 吕默 陈晨 王一丁 《激光杂志》 北大核心 2016年第2期26-29,共4页
在中红外波段,大多数气体分子吸收光谱的线宽都很窄,因此红外光电探测器输出信号为窄脉冲信号。对此脉冲信号的处理要求前置放大器必须兼具精度与速度,而对放大器输出信号的采集也需要在保证带宽的情况下尽量提高数字化的精度。本文中... 在中红外波段,大多数气体分子吸收光谱的线宽都很窄,因此红外光电探测器输出信号为窄脉冲信号。对此脉冲信号的处理要求前置放大器必须兼具精度与速度,而对放大器输出信号的采集也需要在保证带宽的情况下尽量提高数字化的精度。本文中设计了高速并行采样电路,利用两片双通道高速ADC实现了1GSPS的采样速度与12bit的垂直分辨率。信号链的最后一环是FPGA数据处理电路,我们应用CORDIC算法对采集系统的时间误差进行了校正。本文最后给出了光电信号高速采集电路的设计与测试结果,在输入参考信号频率为100MHz时,采集系统整体信噪比达到60d B,无杂散动态范围达到70d B。 展开更多
关键词 痕量气体检测 时间交替并行采样系统 Farrow滤波器 CORDIC算法
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基于压缩感知归一化关联成像实现目标重构 被引量：19
2
作者 郭树旭 张驰 +2 位作者 曹军胜 钟菲 郜峰利 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期288-294,共7页
在归一化关联成像的基础上,结合压缩感知理论,提出了基于压缩感知的归一化关联成像方法.该方法首先对物臂的桶探测值进行归一化处理,并由散斑场构造测量矩阵;然后采用正交匹配追踪算法,在低测量次数下优质量地还原出了物体的像.实验中... 在归一化关联成像的基础上,结合压缩感知理论,提出了基于压缩感知的归一化关联成像方法.该方法首先对物臂的桶探测值进行归一化处理,并由散斑场构造测量矩阵;然后采用正交匹配追踪算法,在低测量次数下优质量地还原出了物体的像.实验中采用灰度图像及二值图像作为成像目标,以峰值信噪比作为衡量标准,分别对传统关联成像,归一化关联成像及压缩感知归一化关联成像的重构效果进行了量化对比.仿真实验结果表明,对于细节较为丰富的灰度图像,压缩感知归一化关联成像的峰值信噪比较传统方法高6 dB左右,比归一化关联成像方法提高了2 dB左右;对于细节较少的二值图像,其峰值信噪比较归一化关联成像法高3.4～4.3 dB,比传统法高5.2～6.5 dB.最后,采用实际电荷耦合元件测得的散斑场构造了测量矩阵,实验结果进一步验证了基于压缩感知的归一化关联成像算法能提高重构质量. 展开更多
关键词 关联成像 压缩感知 峰值信噪比 图像重构
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基于TDLAS-WMS的痕量甲烷气体检测仪 被引量：13
3
作者 刘洋 吴佳楠 +2 位作者 陈玫玫 杨欣华 陈晨 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期279-282,共4页
甲烷是一种无色、无味、易燃、易爆的气体,不仅造成煤矿作业的重大安全隐患,而且又是温室效应的重要气体之一,对于甲烷气体的监测具有极其重要的意义。采用混合可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)与波长调制光谱(WMS)的检测技术,利用甲烷... 甲烷是一种无色、无味、易燃、易爆的气体,不仅造成煤矿作业的重大安全隐患,而且又是温室效应的重要气体之一,对于甲烷气体的监测具有极其重要的意义。采用混合可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)与波长调制光谱(WMS)的检测技术,利用甲烷的2v3(第二泛频带)带R(3)支带吸收谱线,设计并研制出痕量甲烷气体检测仪。通过调谐系数-0.591cm^(-1)·K^(-1),采用改变DFB激光器工作温度的方式来获得甲烷在1.654μm处的最佳吸收谱线。待DFB激光器激射中心谱线选择后,通过调节其注入电流幅值来获得合适的发光强度。同时,结合频率调制技术将待测信号频率移至高频区,减小1/f噪声。在光学结构方面,采用有效光程为76m的herriott气室,确保对痕量甲烷气体进行检测。利用该痕量甲烷气体检测仪,在被测气体浓度为50~5 000μmol·mol^(-1)的范围内,对二次谐波信号进行了提取,并利用最小均方误差准则分别对气体浓度、信噪比的关系、谐波峰值信号与气体浓度的关系进行了线性拟合,最低检测限达到了1.4μmol·mol^(-1)。实验表明,谐波波形对称性良好,未观察到强度调制现象,消除强度调制等因素对谐波检测的影响。 展开更多
关键词 痕量甲烷 TDLAS-WMS 分布反馈式激光器 二次谐波
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有机/无机热光开关制备及其测试系统研制 被引量：4
4
作者 罗倩倩 郑传涛 +3 位作者 黄小亮 王希斌 张大明 王一丁 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期33-38,共6页
结合有机聚合物材料和无机SiO2材料,设计一种1×2多模干涉—马赫曾德尔干涉仪热光开关,优化器件参数,并对其性能进行模拟.利用化学气相沉积、光刻等工艺制备热光开关,并对其波导形貌进行表征.为了测试器件性能,采用ARM7处理器和InG... 结合有机聚合物材料和无机SiO2材料,设计一种1×2多模干涉—马赫曾德尔干涉仪热光开关,优化器件参数,并对其性能进行模拟.利用化学气相沉积、光刻等工艺制备热光开关,并对其波导形貌进行表征.为了测试器件性能,采用ARM7处理器和InGaAs光电探测器,设计并研制了一种光开关性能测试系统.该系统主要由低纹波线性供电电源、光电探测器、前置放大器、主放大器、信号调理器、模数转换器、主控制器、显示器等构成.采用商用光功率计对该测试系统进行标定,其零点漂移小于0.5dBm.在光开关电极上施加不同的直流驱动电压,作为对比,利用自主研制的光功率计和商用光功率计分别测试光开关某端口的输出光功率.实验结果表明,两种情况下测得曲线的变化趋势一致,均在驱动电压为10V时,输出光功率达到最小值.该测试系统具有良好的性能,可满足实际测试需要. 展开更多
关键词 集成光学 光开关 聚合物 热光效应 测试系统 功率计
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基于量子级联激光器和长光程气室的甲烷传感器 被引量：4
5
作者 李春光 党敬民 +3 位作者 李健 付丽 陈晨 王一丁 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1291-1295,共5页
根据中红外光谱吸收原理,利用甲烷(CH_4)气体分子在7.5μm处的基频吸收特性,设计了一种基于量子级联激光器(QCL)和新型多反射长光程气体吸收气室(MPC)的甲烷气体传感器。该仪器使用了可进行热电冷却、工作在脉冲方式下、中心波长为7.5μ... 根据中红外光谱吸收原理,利用甲烷(CH_4)气体分子在7.5μm处的基频吸收特性,设计了一种基于量子级联激光器(QCL)和新型多反射长光程气体吸收气室(MPC)的甲烷气体传感器。该仪器使用了可进行热电冷却、工作在脉冲方式下、中心波长为7.5μm的QCL,通过在室温条件下调节其注入电流(500mA^1.6A调节范围),其出射光波长可以扫过CH_4(1 332.8cm^(-1))气体吸收线。同时使用了一种紧凑型MPC(40cm长,800mL采样容积),使得系统有效总光程达到16m。此外,系统中使用了参考气室,并加入了空间滤波光学结构以满足MPC对入射光束的要求,配合差分吸收光谱检测原理,有效地改善了光束质量,降低了由光源波动引起的噪声,提高了仪器的检测灵敏度。通过对不同浓度的甲烷气体进行多次检测,该仪器的稳定性能良好,按信噪比为1计算,可实现对甲烷气体的检测下限为1μmol·mol^(-1)。 展开更多
关键词 甲烷 量子级联激光器 多反射气体吸收气室 空间滤波 差分吸收
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采用长光程差分吸收光谱技术(LP-DOAS)的中红外痕量一氧化碳检测仪 被引量：5
6
作者 吕默 王一丁 陈晨 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期2278-2282,共5页
一氧化碳作为一种危险的开采排放气体,在复杂的井下环境中极易累积,对矿工生命安全造成严重威胁。介绍了一种紧凑型一氧化碳检测仪,该仪器采用激发波长为4.65μm的量子级联激光器作为光源,配合中红外碲镉汞光电探测器与光程长度12m的紧... 一氧化碳作为一种危险的开采排放气体,在复杂的井下环境中极易累积,对矿工生命安全造成严重威胁。介绍了一种紧凑型一氧化碳检测仪,该仪器采用激发波长为4.65μm的量子级联激光器作为光源,配合中红外碲镉汞光电探测器与光程长度12m的紧凑型多次反射气室,实现了对痕量一氧化碳气体的检测。自主设计的新型高速光电信号采集系统解决了应用商业示波器造成的信号链阻抗失配的问题。这一新系统的采样带宽为400MHz,采样频率1GSPS,垂直分辨率达到12bit,有效的提高了检测仪的灵敏度与集成度。该仪器采用长光程差分吸收光谱法,通过比较实测光谱与进行Voigt展宽的理论光谱之间的残差得出此检测仪的检测下限为108×10-9。检测仪的测量误差有非平稳,慢时变的特点。根据这一特点我们采用阿伦方差对气体检测仪检测灵敏度进行了估计,经过约40s方差曲线达到极小值,此时阿伦方差值为61×10-9。在2h的稳定性测试中,检测仪稳定度达到2.1×10-3,在长达12h的稳定性测试中,检测仪的稳定度依然可以达到1.7×10-2。此仪器具有较高的灵活性,通过更换不同激射波长的激光器可以实现对多种气体的痕量检测。 展开更多
关键词 量子级联激光器 痕量气体检测 光电信号采集系统 长光程差分吸收光谱 残差分析 阿伦方差
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使用量子级联激光器和多通吸收光谱技术用于CO探测 被引量：4
7
作者 李春光 党敬民 +1 位作者 陈晨 王一丁 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1308-1312,共5页
根据一氧化碳(CO)气体分子在4.7μm处的基频吸收特性,使用中心波长为4.75μm的量子级联激光器(QCL)和多反射气体吸收气室(MGC)设计了一种新型CO传感器。该仪器使用可在室温脉冲方式下工作并具有热电制冷功能的QCL,通过对其温度和注入电... 根据一氧化碳(CO)气体分子在4.7μm处的基频吸收特性,使用中心波长为4.75μm的量子级联激光器(QCL)和多反射气体吸收气室(MGC)设计了一种新型CO传感器。该仪器使用可在室温脉冲方式下工作并具有热电制冷功能的QCL,通过对其温度和注入电流进行调节,最终使得出射光波长定位在CO基频吸收带的一根强吸收线(2 103cm^(-1))。与此同时,使用有效光程为16米的新型MGC(40cm长,800ml采样容积)和液氮冷却碲镉汞中红外探测器,有效提高了系统的响应灵敏度。此外,系统中配合使用了参考气室和空间滤波光学结构,有效地改善了入射光束的质量,降低了由光源的不稳定而产生的噪声,进一步提高了系统的检测灵敏度。在实验室条件下对不同浓度的CO气体进行多次重复检测,结果显示,该仪器工作稳定,按信噪比为1计算,可实现对一氧化碳气体的检测下限为5μmol·mol^(-1)。 展开更多
关键词 一氧化碳 量子级联激光器 多反射气体吸收气室 空间滤波
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并行混沌遗传算法在量子级联激光器模型参数优化中的应用 被引量：1
8
作者 吕默 陈晨 王一丁 《激光杂志》 北大核心 2016年第3期12-15,共4页
量子级联激光器具备发射线宽窄,光功率密度高,单色性好与准直度高等特点。随着量子级联激光器技术的日趋成熟,其光谱范围不但覆盖大气透射的三个重要红外窗口,而且已经延伸至太赫兹频段,在化学和生物传感、成像和特殊通信等领域有重要... 量子级联激光器具备发射线宽窄,光功率密度高,单色性好与准直度高等特点。随着量子级联激光器技术的日趋成熟,其光谱范围不但覆盖大气透射的三个重要红外窗口,而且已经延伸至太赫兹频段,在化学和生物传感、成像和特殊通信等领域有重要的应用。本文首先从量子级联激光器基本结构和能级模型出发,通过构建量子力学模型实现对量子级联激光器物理特性的仿真,在此基础上引入了并行混沌遗传算法对量子级联激光器有源区设计结构中的关键参数进行了寻优。本文还测试并给出了并行计算的开销时间、加速比性能与收敛性。 展开更多
关键词 量子级联激光器物理建模 并行混沌遗传算法 有源区结构参数优化 并行算法性能分析
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