优化密集光斑Herriott气室：设计与高性能气体传感器应用

本篇毕业论文主要探讨了密集光斑型Herriott气室的研制与在可调谐二极管激光吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS）气体检测系统中的应用。论文的研究背景源于国家重点研发计划，旨在提升气体传感器的灵敏度和选择性，解决多气体交叉干扰问题。 TDLAS技术因其具有高选择性、高灵敏度和稳定性，被广泛应用在环境监测、工业生产等多个领域。气室作为TDLAS传感器的关键组成部分，其设计直接影响传感器的性能。作者重点研究了如何通过优化Herriott气室的光学参数，如镜面间距、入射位置和角度，来实现更长的光程，从而提高光程容积比，提升气体检测系统的整体效能。 论文中，作者利用Tracepro软件和MATLAB软件进行仿真，模拟出多种密集光斑分布和光路结构，详细分析了光路设计对光程、光程容积比和表面积的影响，并进行了定量比较。通过仿真，设计了一种长光程气室，实现了高达432次反射和85的光程容积比，且实际测量的光程与理论值相符。同时，还开发了一种小型、高效的密集光斑型气室，体积仅为119cm³，光程为6.2m。 论文进一步将这些气室应用于乙炔(C2H2)气体传感器系统，结合波长调制光谱(Wavelength Modulation Spectroscopy, WMS)技术，使用DFB激光器进行测试。通过分析，中心波长为1533nm的长光程气室在C2H2检测中的性能优异，如在积分时间为0.2s时，检测下限达到0.02ppm，而延长积分时间至63.8s则降低至1.4ppb。此外，小型气室的C2H2传感器响应时间较短，为94.7s。 总结来说，这篇论文不仅介绍了密集光斑型Herriott气室的设计原理和优化方法，还展示了在实际气体检测应用中的效果，为提高TDLAS气体传感器的性能提供了实用的解决方案。这对于推动气体检测技术的发展，特别是在高精度和小体积化方向上，具有重要的实践价值。