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7.
基于 EMD 的中红外 TDLAS 检测低浓度 NO 优化方法研究
田 川, 邹丽昌, 阮 斌, 黄 俊, 邓 瑶, 阮 真, 卢志民, 姚顺春, ∗
量子电子学报
2021, 38 (5):
661-668.
DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2021.05.010
为了实现低浓度 NO 的高灵敏检测, 选用中心波长位于 5.18 µm 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。
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