基于激光自混合干涉的铁离子浓度测量方法.pdf

摘要

水中铁离子浓度的准确快速测量在日常生产生活中有着重要的作用和意义。传统

测量方法（如分光光度法）存在系统复杂、灵敏度难以提高等问题。为了改进铁离子

浓度的测量技术，本文结合构造简单、灵敏度高的激光自混合干涉，提出了一种基于

激光自混合干涉原理的铁离子浓度测量方法。

首先，介绍了激光自混合干涉的基本原理，结合激光自混合干涉的三镜腔模型，

考虑朗伯比尔定律，建立激光自混合干涉和铁离子浓度的函数表达式，针对不同铁离

子浓度的激光自混合频域信号幅度和功率谱进行模拟仿真，结果得到了具有良好主次

峰值的频域信号和铁离子浓度对激光自混合干涉的影响关系。

然后，通过搭建激光自混合干涉测量系统，根据铁离子的光源吸收谱线，选取合

适的铁离子溶液，利用光电探测器对激光自混合信号进行光电转换处理，观察不同铁

离子浓度对实验现象的影响。通过分析所采集的激光自混合实验频谱谱线，得到铁离

子浓度的测量结果以及测量限和灵敏度。

最后，考虑系统中比色皿角度、杂散光等关键参数的影响，对激光自混合实验误

差和不确定度进行分析，并结合前文激光自混合信号频谱模拟仿真和实验数据进行对

比分析，结果表明不同铁离子浓度下激光自混合频域信号的模拟仿真和实验数据表现

出一致的变化规律。

本文提出一种基于激光自混合干涉原理的铁离子浓度测量方法，基本方法是反馈

光经过铁离子溶液吸收，对激光自混合干涉产生直接影响，通过分析激光自混合干涉

的频域信号得到铁离子浓度，在1µg/L~1600µg/L的测量范围内，对比传统测量方法

具有更高的灵敏度。

关键词：激光自混合干涉；铁离子浓度；朗伯比尔定律

I

ABSTRACT

Theaccurateandrapidmeasurementofironionconcentrationinwaterplaysan

importantroleandsignificanceindailyproductionandlife.Traditionalmeasurement

methods(suchasspectrophotometry)havesomeproblemssuchascomplexsystemand

difficultyinimprovingsensitivity.Inordertoimprovethemeasurementtechnologyofiron

ionconcentration,thispaperproposesamethodofironionconcentrationmeasurement

basedontheprincipleoflaserself-mixinginterferencecombinedwiththesimplestructure

andhighsensitivityoflaserself-mixinginterference.

Firstly,thebasicprincipleoflaserself-mixinginterferenceisintroduced.Combining

withthethree-mirrorcavitymodeloflaserself-mixinginterferenceandconsideringLambert

Beer’slaw,thefunctionalexpressionoflaserself-mixinginterferenceandironion

concentrationisestablished.Basedonthesimulationoftheamplitudeandpowerspectrum

ofthelaserself-mixingsignalinthefrequencydomainwithdifferentironionconcentration,

theinfluencerelationshipbetweenthefrequencysignalwithgoodprimaryandsecondary

peak