基于TDLAS检测技术的甲烷体积分数场重建研究

来源：激光技术杂志2018年第4期北京时间：

作者：张旭, 曹树亚, 郭腾霄, 董力强, 杨柳, 原博, 丁学全

摘要：为了实现对甲烷体积分数场的2维分布重建，基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）检测技术，以甲烷为目标气体，采用直接吸收的测量方式，探测了甲烷氮气混合气的吸收光谱信号，通过代数重建算法对甲烷体积分数进行了模拟重建和实验研究，模拟重建采用了6×6共36个方格的正方形重建区域，假定一个方形区域内具有空穴的体积分数分布，模拟24条光束从4个方向穿过重建区域，获取了模拟光线下的投影值。结果表明，经过重复实验统计均方根误差在2.58%，对模拟投影信号加入不同信噪比（5%，10%，20%）的高斯白噪声之后再进行重建，均方根误差分别在4.17%~9.30%之间；实验研究采取面源泄露式扩散方式，并通过在中心附近放置石英柱的方式人为制造体积分数空穴，形成非均匀体积分数场，通过对放置障碍物前后的重建结果对比，能够看到在空穴位置有明显的体积分数下降。TDLAS技术与计算机断层重建技术在气体体积分数场的局部分布检测上有可行性，具备作为有毒有害气体云团体积分数分布检测手段的潜力。

关键词：光谱学, 2维分布重建, 代数重建算法, 可调谐半导体激光吸收光谱检测技术