基于EMD的中红外TDLAS检测低浓度NO优化方法研究

摘要：

为了实现低浓度NO的高灵敏检测,选用中心波长位于5.18μm的量子级联激光器(QCL)和光程为25 cm的单光程气体池,设计并搭建了NO的可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)检测系统.为降低系统噪声的影响,以提高NO的检测灵敏度,并降低检测下限,研究了对波长调制光谱(WMS)的二次谐波(2 f)信号进行滤波降噪的经验模态分解(EMD)算法,识别并去除被检测信号中隐藏的高频噪声和光学条纹,并与其他几种常用的滤波方法对2 f信号的降噪效果进行了比较.在此基础上开展了NO连续监测实验,采用Allan方差分析比较了EMD滤波降噪前后系统的稳定性和检测下限.研究结果表明:EMD降噪后检测系统的响应线性度达到0.999;体积浓度为30×10-6的NO检测浓度波动范围由29.424×10-6～33.184×10-6缩小至29.585×10-6～31.273×10-6,相对误差范围由0.17％～10.61％降低至0～4.24％;在1.5 s的平均时间内,系统检测下限由653×10-9降至442×10-9;在最佳平均时间下,系统检测下限由272.7×10-9降至185.5×10-9,证明了此方法可以有效提高检测系统的NO检测准确度、灵敏度,进一步降低了检测下限.

关键词：光谱学;滤波降噪;经验模态分解;低浓度NO;Allan方差

所属期刊栏目：38

分类号：O433(光学)

资助基金：国家重点研发计划,2019YFE0109700;广州市科技计划重点项目,

在线出版日期：2021-10-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：661-668