Детектування надмалих концентрацій газів в атмосфері

Abstract

Об’єкт дослідження – процес взаємодії лазерного випромінювання з газовим середовищем, що селективно поглинає. Мета роботи – дослідження методу модуляційної лазерної спектроскопії, аналіз і порівняння з іншими надчутливими методами детектування газів. Метод дослідження – аналітичний, чисельний розрахунок. У роботі виконано такі завдання: – виконано огляд спектральних методів вимірювання надмалих концентрацій газів в атмосфері та порівняно їх граничні характеристики; – проаналізовано фізичні основи формування сигналу поглинання; – досліджено метод реєстрації гармонік при частотній модуляції та отримано співвідношення для оцінки коефіцієнта поглинання і концентрації газу; – сформульовано рекомендації щодо побудови структурної схеми вимірювальної системи. Показано, що оптимальним джерелом є діодний лазер з розподіленим зворотним зв’язком ближнього інфрачервоного діапазону, а оптимальний режим методу — налаштування на центр лінії поглинання за індексу модуляції 2,197 (коефіцієнт перетворення 0,343). Запропоновано структурну схему системи із синхронним детектуванням другої гармоніки з граничною чутливістю на рівні одиниць ppb.