近日，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院安徽光學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