宋芳
- 作品数：6 被引量：50H指数：4
- 供职机构：吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室更多>>
- 发文基金：吉林省科技发展计划基金国家自然科学基金国家科技支撑计划更多>>
- 相关领域：电子电信理学化学工程更多>>
- 基于虚拟信号处理平台的差分式中红外甲烷检测系统被引量：7
- 2013年
- 利用上位机及Labview工作平台数据处理能力强的优势,实现了一种针对甲烷(CH_4)气体的双通道差分式中红外检测系统。采用IRGJ型双通道传感器(英国E2V公司,3.31μm和3.90μm)检测气体浓度变化,利用Labview和数据采集(DAQ)卡(PCI6 221)实现对探测器输出信号的采集和处理,采用二阶巴特沃斯数字滤波器滤除噪声以提高信噪比(SNR),对系统硬件和软件进行了集成。系统具有信号采集、滤波、幅值提取、浓度计算、存储及网络发布等功能。配备了不同浓度的CH_4气体样品,开展了标定实验,并测量了系统的精度、稳定性和检测下限等指标。实验结果显示,系统对CH_4气体的测量范围为0～5%,对9种气体样品的检测误差均小于6%。受传感器自身光程的限制,系统的检测下限约为60×10^(-6)。对浓度为2 000×10^(-6)(0.2%)的气体进行了长达4 h的浓度检测,除个别突变点外,检测的最大误差小于10%。由于数据处理能力强,系统功能不受资源限制并可任意扩展。
- 吕瑞红宋楠宋芳叶玮琳郑传涛王一丁
- 关键词：光电检测LABVIEW
- 甲烷检测中电压噪声的二次量化抑制及其实验研究被引量：14
- 2012年
- 为了分析并抑制中红外甲烷检测中模数转换器(ADC)参考电压噪声对检测性能的影响,本文理论推导了待测浓度和电压波动的关系式,计算了电压波动对ADC实际分辨率的影响。一方面,为了降低噪声水平,设计了一种三级稳压电源,使参考电压的平均波动由原来的2mV降至0.6mV;另一方面,考虑到噪声无法避免,不同待测电压对应的数字量彼此交叠,致使无法精确测量各性能参数,本文提出了一种新型二次量化抑制方法,以有效消除电压噪声的不利影响。在不同的ADC参考电压噪声水平下,利用提出的二次量化抑制方法,实验测试了系统稳定性、精度、灵敏度和检测下限等性能。结果表明,当ADC参考电压的平均波动由2mV降至0.6mV时,测量精度可由12.9%降至5.0%以下,检测下限可由约26×10-6降至20×10-6。最小检测下限处的检测灵敏度可由约30×10-6降至20×10-6。这些证实,本文给出的基于二次量化思想的噪声抑制方法是可行的,并且该方法也可用于其它具有类似机理的气体检测。
- 叶玮琳吕瑞红宋芳于鑫王一丁郑传涛
- 关键词：电压噪声
- 面向天然气泄漏检测的中红外甲烷传感系统与应用被引量：15
- 2022年
- 甲烷(CH_(4))是天然气的主要成分,快速探测潜在的天然气泄漏、科学预防泄漏事故的发生是保障城市天然气管道输运安全的关键。基于中红外可调谐半导体激光吸收光谱技术,研制了一种检测大气痕量甲烷的传感器系统。采用中心波长为3291 nm的带间级联激光器作为光源,探测CH_(4)位于3038.5 cm^(-1)处的较强吸收峰。采用有效光程为26.4 m的多通池作为气室,增强了气体吸收。采用波长调制光谱技术,降低了CH_(4)检测下限。Allan方差结果表明,当积分时间为54 s时,系统的检测下限为6.2×10^(-10)。采用LabVIEW平台获取了浓度数据和天气站数据,基于气体湍流模型,并结合粒子群优化算法,给出了一种移动式天然气泄漏源定位方法。利用所研制的传感器系统,在吉林大学校园开展了大气甲烷移动监测实验和天然气泄漏源定位实验,验证了该传感器系统具有较强的移动探测能力。研究结果为天然气泄漏快速溯源提供了一种有效途径。
- 闫格张磊于玲宋芳郑传涛郑传涛
- 关键词：红外光谱学气体检测
- 硬件可重构近红外波长调制甲烷传感器及应用(特邀)
- 2023年
- 为了加快气体吸收光谱分析算法的求解速度、重构算法的硬件逻辑,采用现场可编程门阵列(FPGA)器件,结合波长调制光谱技术,研制了一种硬件可重构波长调制甲烷传感器。根据应用功能需求,可在硬件层面重构逻辑电路,从而更新系统工作模式和探测参数。采用流水线技术,对光谱分析算法进行了硬件加速,光谱分析部分的输入与输出之间的时间延迟仅为4.05 ms。实验分析了该传感器在连续、间歇两种工作状态下的波形与电流,证明了该系统工作模式的可重构特性,也证实了采用间歇式工作降低激光气体传感器功耗的可行性。采用正弦信号对FPGA算法部分的功能进行了测试,结果表明,测得的信号幅值与输入信号幅值的线性度达到了99.99%。采用中心波长为2334 nm的分布式反馈激光器作为光源、光程为25 m的赫里奥特气室作为气体吸收池,开展了甲烷检测实验。传感器的线性度为99.97%,响应时间约为4.9 s。艾伦方差结果表明,当积分时间为0.5 s时,传感器的检测下限为7.8×10^(-6)。开展的甲烷泄露实验证实了该传感器的现场应用能力。设计的FPGA算法,通过硬件编程,可实现传感器工作模式与参数的灵活重构,在激光气体传感领域具有较好的片上集成应用前景。
- 师月崇李亚飞宋芳郑传涛郑传涛
- 关键词：红外吸收光谱波长调制光谱现场可编程门阵列气体检测
- 基于中红外光谱吸收技术的一氧化碳气体检测系统被引量：16
- 2014年
- 基于中红外光谱吸收技术,利用一氧化碳(CO)气体分子在4.6μm处的基频吸收带,采用新脉冲的红外光源和双通道的热释电探测器,研制了一种CO浓度检测系统。该系统主要由脉冲调制式宽带热光源、开放式椭球聚光镜/气室、双通道探测器、主控及信号处理模块构成。通过优化开放式椭球聚光镜/气室,气体吸收光程达到40cm,探测器输出电信号的幅度增加约为原来的2~3倍。因此,采用椭球聚光镜后,将在一定程度上提高系统的信噪比从而改善系统的性能指标。利用配备的CO气体样品,研究了该系统对CO气体的传感特性。实验结果显示,该系统的最小检测下限为10ppm,在该浓度点的测量误差约为14%;在20~25 000ppm范围内的测量误差小于7.8%;对0ppm气体样品的连续50分钟测量结果的最大偏差约为3ppm,标准差约为0.18ppm。同基于量子级联激光器和分布反馈激光器的CO检测系统相比,该系统具有性价比高、光路结构简单等优势,从而在煤矿、环保等场合下的CO检测方面具有较好应用前景。
- 李国林董明宋楠宋芳郑传涛王一丁
- 关键词：红外传感器光电检测光谱吸收
- 片上中红外波长调制光谱气体传感技术
- 2023年
- 制备了下包层为氟化镁、芯层为硫系玻璃的梯形光波导甲烷传感器,采用片上波长调制光谱技术,开展了气体检测实验,将仿真结果与实验结果进行了对比,证明了基于波长调制光谱的仿真模型的准确性。狭缝波导是常用的非悬浮波导气体传感器结构,优化了下包层为氟化镁、芯层为硫系玻璃的狭缝波导传感器结构,外限制因子达到了42%。根据实验测试得到的噪声幅值,理论研究了狭缝波导气体传感器和波长调制光谱技术结合的性能,分析了环境压强和工艺误差对狭缝波导气体传感器性能的影响。本工作为基于波长调制光谱的片上气体传感器的设计提供了指导。
- 皮明权黄一俊郑传涛赵焕彭子航杨悦杨悦宋芳王一丁
- 关键词：波长调制光谱片上集成气体传感器
