基于近红外吸收光谱技术的高精度CO2检测系统的研制

为了准确测量地震断裂带溢出的痕量CO2气体浓度,文中采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术,选取波数4978.202 cm-1作为CO2检测系统的吸收谱线,采用有效光程为40m的多通池,以STM32作为主控和数据处理核心器件,研制了高精度CO2检测系统.针对系统中的探测器噪声与光学干涉条纹噪声,利用卡尔曼-小波分析算法滤波提升系统性能.实验表明,与滤波前相比,系统在50ppmv CO2浓度下的二次谐波信噪比提升了 2.06倍.在不同CO2浓度下(50、300、1 000、4 000、8 000 ppmv),系统误差为2.57％～2.66％.系统测量4 000 ppmv浓度下的CO2时检测精密度达到20.9 ppmv.利用Allan方差分析得出,积分时间在约61 s时对应的最低探测下限(MDL)为5.2 ppmv,实现了对CO2气体的高精度测量.结果表明,所设计的高精度CO2系统可以在气体检测领域为预测地震前兆提供良好前景.