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用于激光气体同位素探测的多通池温度控制系统研制

孔国利 苏玉

孔国利, 苏玉. 用于激光气体同位素探测的多通池温度控制系统研制[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(8): 805006-0805006(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0805006
引用本文: 孔国利, 苏玉. 用于激光气体同位素探测的多通池温度控制系统研制[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(8): 805006-0805006(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0805006
Kong Guoli, Su Yu. Development of a multi-pass cell temperature control system for laser gas isotope detection[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(8): 805006-0805006(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0805006
Citation: Kong Guoli, Su Yu. Development of a multi-pass cell temperature control system for laser gas isotope detection[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(8): 805006-0805006(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0805006

用于激光气体同位素探测的多通池温度控制系统研制

doi: 10.3788/IRLA201948.0805006
基金项目: 

国家自然科学基金(61705198);河南省科技攻关项目(182102210150)

详细信息
    作者简介:

    孔国利(1973-),男,副教授,硕士,主要从事激光检测技术与智能控制方面的研究。Email:kguoli73@126.com

    通讯作者: 苏玉(1967-),女,教授,主要从事激光检测技术与智能控制方面的研究。Email:suy1967@126.com
  • 中图分类号: TM921.51

Development of a multi-pass cell temperature control system for laser gas isotope detection

  • 摘要: 采用激光吸收光谱法可实现气体同位素丰度的探测,由于待测气体吸收线的吸收系数会受待测气体温度的影响,将直接影响气体同位素检测系统的精准度和稳定度,文中设计并研制了一种高精度的多通池温度控制系统。硬件方面,采用高精度PT1000铂电阻温度采集电路与聚酰亚胺电热膜加热装置,构成了一个完整的闭环温度控制结构。软件方面,采用Ziegier-Nichols工程整定方法对比例、积分、微分三个系数完成整定。针对被控对象结构复杂响应较慢引起超调量大问题,采用积分分离比例-积分-微分控制算法,使温度控制快速且无超调。利用该系统进行温度控制实验,实验表明:温度控制范围为18~42℃,温度控制精度达到0.08℃,稳定时间位15 s,该系统具有精度高、响应快速、无超调的优点,为激光气体同位素探测提供了可靠保障。
  • [1] Li Chunguang. Research and development of gas detection system based on mid-infrared semiconductor lasers[D]. Changchun:Jilin University, 2016:13-16. (in Chinese)
    [2] Taylor S R. Stable isotope geochemistry[J]. Reviews of Geophysics, 2009, 17(4):839-850.
    [3] Mckellar A R W, Watson J K G, Howard B J. The NO dimer:15 N isotopic infrared spectra, line-widths, and force field[J]. Molecular Physics, 1995, 86(2):273-286.
    [4] Mantz A W, Henry A, Valentin A. Stabilized tunable diode laser measurements of the P(2) line in the 13CO fundamental band broadened by helium at temperatures between 11.5 and 298.6 K[J]. Journal of Molecular Spectroscopy, 2001, 207(1):113.
    [5] Gao Wei, Cao Zhensong, Yuan Yiqian, et al. Design of a controllable low temperature cell and application[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2012, 32(3):858-861. (in Chinese)
    [6] Ma Hongliang, Sun Mingguo, Cao Zhensong, et al. Cryogenic cell for low-temperature spectral experiments of atmospheric molecules[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(10):2617-2621. (in Chinese)
    [7] Li Qiang, Chen Liheng. Thermal design of infrared detector components in complex heat flux[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(9):0904002. (in Chinese)
    [8] Chen Kai, Mei Maofei. Detection of gas concentrations based on wireless sensor and laser technology[J]. Laser Journal, 2018, 39(7):50-54. (in Chinese)
    [9] Chen Chen, Qin Jianan, Zhang Xue, et al. Temperature controller for DFB laser utilized in SERF atomic magnetometer[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(12):1205004. (in Chinese)
    [10] Wang Yanzhang, Qin Jianan, Zhang Xue, et al. Non-magnetism heating system for atomic gas cell used in SERF atomic magnetometer[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2017, 47(2):686-692. (in Chinese)
    [11] Bao Meng. Laser temperature control system based on fuzzy theory and neural network[J]. Laser Journal, 2017, 38(10):123-126. (in Chinese)
    [12] Liu Xin, Lv Tielian, Liu Jianxian, et al. DFB laser's high-precision and high-stability feed for-ward PID temperature control[J]. Laser Journal, 2017, 38(9):23-27. (in Chinese)
    [13] Li Honglian, Li Feichao, Gao Shan, et al. The measurement uncertainty analysis and evaluation of the CO2 detection system based on TDLAS[J]. Laser Journal, 2017, 38(10):20-23. (in Chinese)
  • [1] 乔志刚, 高德辛, 张牧子, 赵姗姗, 巫佳利, 苏娟, 陈胜功, 景超, 刘海玲, 杨博, 吴锜.  用于温度传感器原位在线校准的水三相点自动复现控制系统 . 红外与激光工程, 2024, 53(4): 20240096-1-20240096-4. doi: 10.3788/IRLA20240096
    [2] 姜炎坤, 朴亨, 王鹏, 李恒宽, 李峥, 王彪, 白晖峰, 陈晨.  采用线性自抗扰技术的高精度温度控制系统研制 . 红外与激光工程, 2023, 52(2): 20210813-1-20210813-6. doi: 10.3788/IRLA20210813
    [3] 刘逢刚, 丁磊, 肖利.  基于预测算法的遥控机器人控制系统 . 红外与激光工程, 2021, 50(S2): 20210109-1-20210109-9. doi: 10.3788/IRLA20210109
    [4] 侯月, 黄克谨, 于冠一, 张鹏泉.  基于红外TDLAS技术的高精度CO2同位素检测系统的研制 . 红外与激光工程, 2021, 50(4): 20200083-1-20200083-5. doi: 10.3788/IRLA20200083
    [5] 许绘香, 孔国利.  采用Ziegler-Nichols-PID算法的激光红外多通池压强控制系统研制 . 红外与激光工程, 2020, 49(9): 20190551-1-20190551-6. doi: 10.3788/IRLA20190551
    [6] 侯月, 黄克谨.  用于红外气体检测的多通池温度、压强控制系统研制 . 红外与激光工程, 2020, 49(10): 20190525-1-20190525-7. doi: 10.3788/IRLA20190525
    [7] 裴信彪, 吴和龙, 马萍, 严永峰, 郝鹏, 白越.  搭载光谱遥感载荷的多旋翼无人机控制系统设计与试验 . 红外与激光工程, 2019, 48(1): 118003-0118003(10). doi: 10.3788/IRLA201948.0118003
    [8] 穆叶, 胡天立, 陈晨, 宫鹤, 李士军.  采用模拟PID控制的DFB激光器温度控制系统研制 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 405001-0405001(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0405001
    [9] 李瑞君, 赵文楷, 何园涛, 黄强先.  一维纳米定位控制系统 . 红外与激光工程, 2018, 47(10): 1017005-1017005(6). doi: 10.3788/IRLA201847.1017005
    [10] 于涛.  月基极紫外相机指向机构控制系统 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 318002-0318002(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0318002
    [11] 李营营, 江志坤, 王安琪.  用于稳定激光功率的数字控制系统 . 红外与激光工程, 2016, 45(4): 406004-0406004(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0406004
    [12] 刘小强, 任高辉, 邢军智, 寿少峻, 张惠菁.  交互式多模型算法在光电跟踪控制系统中应用的仿真 . 红外与激光工程, 2016, 45(9): 917003-0917003(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0917003
    [13] 陈晨, 秦佳男, 张雪, 林君, 王言章.  用于SERF原子磁力仪的DFB激光器温度控制系统 . 红外与激光工程, 2016, 45(12): 1205004-1205004(7). doi: 10.3788/IRLA201645.1205004
    [14] 夏金宝, 刘兆军, 张飒飒, 邱港.  快速半导体激光器温度控制系统设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(7): 1991-1995.
    [15] 李相贤, 王振, 徐亮, 高闽光, 童晶晶, 冯明春, 刘建国.  温室气体及碳同位素比值傅里叶变换红外光谱分析的温度依赖关系研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(4): 1178-1185.
    [16] 张佩杰, 宋克非.  极光成像仪滤光片高精度温度控制系统设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(S1): 177-182.
    [17] 曹辉, 杨一凤, 刘尚波, 徐金涛, 赵卫.  用于光纤电流传感器SLD光源的温度控制系统 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 920-926.
    [18] 戴俊珂, 姜海明, 钟奇润, 谢康, 曹文峰.  基于自整定模糊PID算法的LD温度控制系统 . 红外与激光工程, 2014, 43(10): 3287-3291.
    [19] 刘海秋, 徐抒岩, 王栋, 曹小涛, 吴伟平.  面向多通道控制系统的通道数可变的并行实时测试 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3300-3308.
    [20] 张亦男, 谈宜东, 张书练.  用于全内腔微片激光器稳频的温度控制系统 . 红外与激光工程, 2012, 41(1): 101-106.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-11
  • 修回日期:  2019-04-21
  • 刊出日期:  2019-08-25

用于激光气体同位素探测的多通池温度控制系统研制

doi: 10.3788/IRLA201948.0805006
    作者简介:

    孔国利(1973-),男,副教授,硕士,主要从事激光检测技术与智能控制方面的研究。Email:kguoli73@126.com

    通讯作者: 苏玉(1967-),女,教授,主要从事激光检测技术与智能控制方面的研究。Email:suy1967@126.com
基金项目:

国家自然科学基金(61705198);河南省科技攻关项目(182102210150)

  • 中图分类号: TM921.51

摘要: 采用激光吸收光谱法可实现气体同位素丰度的探测,由于待测气体吸收线的吸收系数会受待测气体温度的影响,将直接影响气体同位素检测系统的精准度和稳定度,文中设计并研制了一种高精度的多通池温度控制系统。硬件方面,采用高精度PT1000铂电阻温度采集电路与聚酰亚胺电热膜加热装置,构成了一个完整的闭环温度控制结构。软件方面,采用Ziegier-Nichols工程整定方法对比例、积分、微分三个系数完成整定。针对被控对象结构复杂响应较慢引起超调量大问题,采用积分分离比例-积分-微分控制算法,使温度控制快速且无超调。利用该系统进行温度控制实验,实验表明:温度控制范围为18~42℃,温度控制精度达到0.08℃,稳定时间位15 s,该系统具有精度高、响应快速、无超调的优点,为激光气体同位素探测提供了可靠保障。

English Abstract

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