基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的气体检测系统，因气体吸收产生的二次谐 波信号携带浓度信息，通过浓度反演可实现浓度信息的提取。本文简要介绍了TDLAS气体检测系 统，对Matlab下完成的曲线拟合和反演算法仿真以及FPGA内部设计实现的反演算法进行了详细 描述，并在一氧化碳检测系统下利用多组待测浓度完成了反演算法的验证。 可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）是一种先进的气体检测技术，它利用特定波长的激光穿透气体样本，当激光与气体分子相互作用时，会发生吸收现象，特别是气体分子对激光的吸收强度与气体的浓度有直接关系。TDLAS技术能够精确地测量气体的浓度，尤其适用于监测大气、工业生产过程中的有害或有价值气体，如一氧化碳等。 在TDLAS气体检测系统中，核心步骤是浓度反演，即从测量到的吸收信号（通常表现为二次谐波信号）中提取出气体的浓度信息。这一过程通常涉及到复杂的数学模型和算法。在MATLAB环境下，可以进行曲线拟合和反演算法的仿真。MATLAB作为强大的数学计算和仿真工具，提供了丰富的函数库和优化算法，能有效处理非线性拟合问题，构建吸收光谱与气体浓度之间的关系模型。 具体来说，首先需要对测量得到的吸收光谱数据进行预处理，包括噪声过滤、基线校正等，然后利用MATLAB的曲线拟合工具，如非线性最小二乘法，找到最佳拟合曲线。接着，通过反演算法，如Levenberg-Marquardt法或直接搜索法，反推出气体浓度。在反演过程中，可能需要迭代求解，以确保浓度估计的准确性。 文章中提到了FPGA（Field-Programmable Gate Array）内部设计实现的反演算法。FPGA是一种可编程的硬件平台，它能快速并行执行计算任务，特别适合实时和高效率的系统。将反演算法部署到FPGA上，可以大大提高系统的响应速度和检测效率，同时减小对外部处理器的依赖。 实验部分，研究者在一氧化碳检测系统中，利用多组不同浓度的一氧化碳样本对反演算法进行了验证。结果显示，浓度反演的吻合度达到了99.9%，这表明反演算法非常准确，能满足实际应用的需求。这种基于MATLAB的前期数据分析和误差控制方法不仅适用于TDLAS系统，还可以推广到其他领域的设备研制和系统综合测试。 总结而言，TDLAS气体检测技术结合MATLAB和FPGA的优势，实现了高效、精确的气体浓度测量。MATLAB提供了便捷的数据处理和算法仿真环境，而FPGA则确保了实时的反演计算能力。这种技术对于环境保护、安全生产、科学研究等领域具有重要的实用价值。

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS) 是一种具有高灵敏度、高分辨率和快速响应等特点的气体测量技术,已广泛用于大气痕量气体的测量以及工业有毒有害废气诊断和天然气泄漏检测。分布反馈式(DFB)激光器具有窄线宽和可调谐特性,并且能够精确让输出波长扫描单根气体吸收线,使得TDLAS 技术能实现高灵敏气体浓度检测。介绍了在线式波长调制二次谐波(WMS-SH)气体检测技术,讨论了基于最小二乘法气体浓度反演算法,通过修正式加权滑动平均滤波对浓度信号进行了数字滤波处理,系统实现了不大于1 s的系统响应时间,提高了信噪比和系统的检测灵敏度,并在天然气处理厂实时硫化氢检测中得到了应用。

作为新的痕量气体监测分析方法,可调谐二极管激光吸收光谱学的二次谐波技术在大气化学研究和污染 气体监测得到实际应用。本文以 CO气体的中心波长为λ0 =1579.74 nm的P(5)振-转吸收谱线为目标,建立高斯 线型的二次谐波信号数值模型,仿真得到二次谐波曲线,研究了二次谐波信号特性与调制度 m的关系。并对仿真 结果与洛仑兹吸收线型二次谐波信号特性进行了分析和比较。

可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术结合层析成像（CT）算法能实现流场温度、浓度等信息的二维重建测量。为研究层析成像算法对温度场二维重建质量的影响，实现了两种典型重建算法：代数迭代重建算法（ART）和模拟退火（SA）算法。在不同的射线分布和吸收谱线数目情况下，使用两种算法对给定单峰温度场和双峰温度场分别进行重建仿真，比较分析了两种算法的重建结果。仿真结果表明，影响代数迭代重建算法重建质量的主要因素是射线分布，而模拟退火算法则对吸收谱线数较为敏感；对于单峰温度场，代数迭代重建算法重建结果的最大偏差为5.6%，略好于使用6条吸收谱线时模拟退火算法重建结果的6.2%；对于双峰温度场，模拟退火算法重建结果的最大偏差为5.5%，而代数迭代重建算法的最大偏差则高达22%。

为了满足工业上对氨气精准检测的需求,设计了一种基于STM32的氨气检测系统,利用基于可调谐二极管激光光谱吸收技术(TDLAS)的气体检测传感器,配合高稳定性抽气泵和高精度流量计,以STM32C8T6为主控芯片,设计了供电电路、传感器控制电路、电磁阀控制电路、抽气泵控制电路等。通过对已知浓度氨气测量,得到相应的测量数据,误差范围合理,能够采集到完整的数据曲线,实验结果证明硬件选型合适,软件程序运行正常。

基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术的气体检测系统，因气体吸收产生的二次谐波信号携带浓度信息，通过浓度反演可实现浓度信息的提取。本文简要介绍了TDLAS气体检测系统，对Matlab下完成的曲线拟合和反演算法仿真以及FPGA内部设计实现的反演算法进行了详细描述，并在一氧化碳检测系统下利用多组待测浓度完成了反演算法的验证。验证结果表明：浓度反演吻合度超过99.9%，反演算法正确，能够完全满足系统设计要求，做到浓度信息的精确提取。基于Matlab的前期数据分析和误差控制设计方法可应用于多领域的产品研制和系统综合测试中。

在应用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术进行气体检测时，气体检测精度受系统各功能模块性能的影响，针对这个问题研究了系统中光电探测器的输出电流噪声谱密度和响应度两种特性。推导出了探测器输出电流表达式，得出了输出电流噪声谱密度特性与激光器相对强度噪声(RIN)有关的结论，并通过实验验证了TDLAS 系统中激光器RIN 的存在。通过仿真，研究了RIN 对探测器输出电流的影响，给出了不同条件时的电流噪声谱密度曲线。为避免环境温度的变化影响光电探测器响应度，采用一种实时校正方法，给出了其原理及校正公式。以氨气为检测对象，运用该方法对氨气浓度曲线进行校正。