郑明杰

(长春工业大学 人文信息学院，吉林 长春 130122)

0 引 言

随着人们生活水平的不断提高和社会的发展，由多种成分组成的混合气体越来越得到人们的重视。目前对于混合气体识别常用方法是热分解质谱法、气体传感器检测法和真空固相提取气相色谱法等[1～3]。虽然这些检测方法能够准确地提取信息，但分析过程都比较复杂、周期长、成本高[4～6]，并且不能实现实时检测。

针对混合气体的快速识别，本文基于可调谐二极管激光吸收光谱与波长调制光谱(TDLAS—WMS)技术，采用中红外的可调谐分布反馈式量子级联激光器(DFB—QCL)，构建了可对混合气体进行非接触式识别的电子鼻系统。实验中，对四种气体成分的混合气体进行实时检测，并采用PCA与BP混合神经网络模式作为系统模式识别算法[5]，能够准确地进行区分。

1 系统结构

1.1 系统结构

设计的电子鼻系统结构如图1所示，包括电学部分和光学部分。其中，电学部分包括QCL驱动器、温度控制器和锁相放大器组成；光学部分包括反射镜阵列、扫描振镜、长光程吸收气室和中红外光电探测器组成。

图1 电子鼻系统结构框图

电子鼻系统基于“时分复用”思想而设计[7]，利用自主研制的QCL驱动器和温度控制器使各QCL激射波长控制在气体吸收谱带，并在不同的时隙内有序的工作。扫描振镜的小步长阶跃响应时间为500 μs，使得从一路QCL到另一路的切换时间小于1 s，从而使整个复用过程占用较短时间。各QCL发出的光束先经平行准直处理，然后被反射镜M1～M5反射，沿着不同的路径到达扫描振镜上的同一点，适当控制扫描振镜的旋转角度，可以使不同波长的光束经扫描振镜反射后沿同一光学路径传播。……