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红外成像探测SF6气体原理和设计

作者:时间:2013-03-15来源:网络收藏

CO2激光分子能级图有许多条荧光谱线,但在激光器中能同时形成激光振荡的只有几条。如果假设一定的工作条件使得某条谱线的增益系数较大,则这条谱线首先起振,同时抑制了其它谱线的振荡,但是由外界影响,附近的几条谱线总是会交替起振。为了得到单支谱线频率输出,可采用外部控制的方法,如采用可调光栅作为波长选择器,是一种可行有效的方法。

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图3.ACCESS公司生产光栅光谱可调Merit-S系列激光器功率图

图3为ACCESS公司应用最新光谱锁定器 LT-10[2]闭环控制对光栅光谱可调Merit-S实现高度稳定功率 (±2%)和频率稳定(单支谱线), 甚至在室外环境变化较大的场合也可实现高度稳定运转。
被测气体SF6是一种无色、无嗅、无毒可以在常温下压缩为液体(320psig)以供商业应用的气体,具有优良绝缘性能和灭弧性能,分子量为146.05[3]。图4所示是在常温下SF6气体光谱透过率。在图中可以看出,SF6气体在红外有一个以波长10.56μm为中心吸收带(对应的CO2激光器谱线10P(16),对应的波数947cm-1)。显然这个吸收带比较窄,要获得稳定的,清晰的成像效果,对激光器输出谱线频率的稳定性提出一定的要求。激光连续输出10P(16)谱线且频率稳定性越好,则成像效果越好。

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图4. 气体红外光谱图(NIST2001)

系统设计如图5所示,发射系统采用频率稳定,输出谱线为10P(16)的CO2激光器。光路系统的功能是扩束和散射,采用可调光学系统,可以方便检测不同距离目标区域。红外探测器探测范围必须与激光发射谱线相匹配,对应CO2激光器,可使用8~14μm波段的红外探测器。红外探测到的信号可经过高速DSP信号处理输出到手持式显示设备,或者通过PC运用强大软件功能来实现更加智能化的处理。



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