發(fā)布時間：2017-07-04 07:02

  本文關鍵詞：在線氣體分析儀中光譜數(shù)據(jù)處理算法的研究

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【摘要】：隨著我國經濟快速發(fā)展和工業(yè)化程度的不斷提高,空氣污染、工業(yè)事故及能源短缺問題愈發(fā)凸顯,因此實時準確地檢測相關氣體濃度,以便相關部門進行有效監(jiān)測和控制生產過程,對于治理空氣污染和提高安全生產具有重大意義和迫切需求。本文所研究課題來源于江蘇天瑞儀器有限公司基于TDLAS技術的在線氣體分析儀開發(fā)項目,致力于開發(fā)一款具有自主知識產權的實時在線氣體檢測系統(tǒng)。傳統(tǒng)的氣體檢測方法往往需要花費大量的時間進行濃度分析,操作過程十分繁瑣,且系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈敏度并不理想,無法滿足氣體實時在線測量的性能要求。而可調諧半導體激光吸收光譜(TDLAS)技術憑借其高精度、高靈敏度、強選擇性、廣適應性和快速響應等特點,已逐漸成為主流的氣體在線檢測技術,并被廣泛地應用于多種測量場景。本論文作為氣體檢測的基礎性研究,從光譜吸收原理出發(fā),首先介紹了基于TDLAS技術的氣體檢測相關理論和兩種基本測量方法,并提出了相應的TDLAS在線檢測系統(tǒng)設計方案,簡要分析了設計方案中的各部分組成及其功能。接著,著重闡述了TDLAS系統(tǒng)中光譜數(shù)據(jù)的預處理方法,主要為平滑和基線校正,重點論述了自適應重加權懲罰最小二乘算法的基線校正原理和性能,并將其與NLSA算法的預處理效果進行了比較。然后,深入探討了TDLAS系統(tǒng)中光譜數(shù)據(jù)的重建及解析方法,并結合光譜檢測原理和氣體吸收線型的特點,提出了一種改進的LM算法(ALM)來進行光譜重建,該算法通過對搜索起點進行自動設置,實現(xiàn)了光譜數(shù)據(jù)的自適應快速重建,避免了傳統(tǒng)LM算法對參數(shù)初始值敏感和無法跳出局部極值點而導致算法崩潰或結果錯誤的缺陷。并在此基礎上,分別研究了針對直接吸收測量方式的非線性光譜解析方法(NLSA)和針對諧波檢測方式的線性光譜解析方法(LSA),并通過大量的實驗數(shù)據(jù)分析和驗證了兩種方法光譜解析效果的正確性和高效性。最后根據(jù)實際需要設計了一個配氣系統(tǒng)以配置各種濃度的氣體,并搭建了TDLAS系統(tǒng)的上位機軟件監(jiān)控平臺。結合項目組內的硬件系統(tǒng),以氧氣為研究對象,在實驗室環(huán)境下對不同濃度的氧氣進行測量,并針對整個TDLAS系統(tǒng)分別進行了線性誤差、輸出波動、重復性等性能測試,并與國外TOLEDO氣體分析儀的測量結果進行了對比。結果表明,本文所研究的光譜解析方法較之傳統(tǒng)方法更加合理且更加準確高效,其光譜處理分析方法能夠很好地實現(xiàn)在線檢測系統(tǒng)的實時性、準確性和穩(wěn)定性要求。
【關鍵詞】：TDLAS技術 諧波檢測 波長調制 光譜解析 在線氣體分析
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH83
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符號對照表11-13
• 縮略語對照表13-16
• 第一章 緒論16-22
• 1.1 課題研究背景及意義16-17
• 1.2 TDLAS技術特點17-18
• 1.3 TDLAS技術研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4 本文的主要研究內容20-22
• 第二章 TDLAS技術基本原理及系統(tǒng)設計22-36
• 2.1 光譜吸收原理22-28
• 2.1.1 氣體分子吸收理論22-24
• 2.1.2 吸收線型24-26
• 2.1.3 朗伯比爾定律26-28
• 2.2 可調諧半導體激光吸收光譜技術28-33
• 2.2.1 直接吸收測量28-29
• 2.2.2 諧波檢測測量29-33
• 2.3 TDLAS技術氣體檢測系統(tǒng)設計33-35
• 2.4 本章小結35-36
• 第三章 TDLAS系統(tǒng)光譜數(shù)據(jù)預處理方法研究36-48
• 3.1 平滑36-37
• 3.2 基線校正37-39
• 3.3 自適應重加權懲罰二乘去背景算法39-45
• 3.3.1 基本原理40-43
• 3.3.2 算法性能與分析43-45
• 3.4 非線性光譜預處理算法45-47
• 3.5 本章小結47-48
• 第四章 TDLAS系統(tǒng)光譜信息解析方法的研究48-68
• 4.1 幾種常用的光譜重建算法48-49
• 4.2 重建模型的評價指標49-50
• 4.3 LM算法及其優(yōu)化50-60
• 4.3.1 理論基礎50-53
• 4.3.2 一種改進的LM算法53-56
• 4.3.3 算法性能分析與討論56-60
• 4.4 光譜數(shù)據(jù)解析方法60-66
• 4.4.1 非線性光譜解析方法60-63
• 4.4.2 線性光譜解析方法63-66
• 4.5 本章小結66-68
• 第五章 系統(tǒng)測試與分析68-76
• 5.1 整機測試系統(tǒng)簡介68-71
• 5.2 系統(tǒng)性能測試與分析71-73
• 5.3 本章小結73-76
• 第六章 結束語76-78
• 6.1 主要內容與創(chuàng)新76-77
• 6.2 不足與展望77-78
• 參考文獻78-82
• 致謝82-84
• 作者簡介84-85

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1 ;紅外氣體分析儀[J];中國計量學院學報;2001年02期

2 ;過程氣體分析儀[J];電工技術雜志;2002年06期

3 王巨煌;對氣體分析儀現(xiàn)狀與發(fā)展的初步探討[J];深冷技術;2004年04期

4 胡青龍;;分布式半導體激光在線氣體分析儀在安全生產中的應用[J];可編程控制器與工廠自動化;2008年09期

5 蘭莉;;氣體分析儀在我公司計量體系中的管理[J];河南化工;2010年08期

6 楊秀瓊;;全國血液酸堿氣體分析儀使用、維修學習班在徐州舉行[J];醫(yī)療器械;1979年05期

7 邱瑩,呂其昌;新型光電比色氣體分析儀的研制[J];量子電子學;1991年01期

8 周潤才;輕便氣體分析儀[J];國外油田工程;1999年11期

9 吳明;閆興鈺;;光學氣體分析儀的調試與應用維護[J];科技創(chuàng)新與生產力;2013年11期

10 ;Thermo Scientific TVA2020有毒揮發(fā)氣體分析儀[J];石油化工自動化;2014年02期

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1 周錫云;;對便攜式氣體分析儀過程監(jiān)控的初探[A];江蘇計量測試學術論文集（2009）[C];2009年

2 林鍵;周軍;浦辰雨;;氣體分析儀故障簡析及改進措施[A];自動化技術與冶金流程節(jié)能減排——全國冶金自動化信息網2008年會論文集[C];2008年

3 周權;呂正倫;;模塊化在線氣體分析儀的研制[A];2010中國儀器儀表學術、產業(yè)大會（論文集1）[C];2010年

4 張丙新;;淺談氣體分析儀和氣體檢測報警儀的區(qū)別[A];變壓吸附設備技術交流會論文集[C];2004年

5 林鍵;周軍;;氣體分析儀預防維修模型初探[A];冶金自動化信息網年會論文集[C];2004年

6 林鍵;周軍;;氣體分析儀預防維修模型初探[A];全國冶金自動化信息網年會論文集[C];2004年

7 李永德;趙梅;時軍波;吳曉峰;徐娜;臧啟山;;氣體分析儀不銹鋼管開裂失效分析[A];2011年全國失效分析學術會議論文集[C];2011年

8 湯浩波;鄒誠;王平;浦辰雨;;煉鋼分析中心氣體分析儀通信功能實現(xiàn)[A];中國計量協(xié)會冶金分會2007年會論文集[C];2007年

9 白鵬;謝文俊;張喜斌;劉君華;;SVM分析模型在紅外氣體分析儀中的應用[A];2007'儀表，，自動化及先進集成技術大會論文集（一）[C];2007年

10 ;聚光科技(杭州)有限公司簡介[A];第十一屆全國自動化應用技術學術交流會論文集[C];2006年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 記者　　應建勇　通訊員　　余小平;“聚光科技”成功超越國際巨頭[N];浙江日報;2006年

2 唐全勝;窯尾煙室氣體分析儀常見故障及處理[N];中國建材報;2007年

3 唐全勝;窯尾煙室氣體分析儀在水泥行業(yè)的應用[N];中國建材報;2007年

4 ;紅外氮氫氧氣體分析儀的爐頭機構[N];中國有色金屬報;2002年

5 ;紅外氮氫氧氣體分析儀的爐頭機構[N];中國有色金屬報;2003年

6 肖華偉　張浪 韓榮譽 黎燕;韶鋼計控部儀表QC成果喜獲佳績[N];中國冶金報;2011年

7 孔明酩;蒼蠅的貢獻[N];北京科技報;2001年

8 記者 張丹丹　通訊員 牟琳琳;聚光科技 高端產品做成“傻瓜機”[N];浙江日報;2009年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 蔡莉媛;基于STM32單片機的氣體分析儀設計[D];西安工業(yè)大學;2016年

2 張霞;呼吸氣體分析儀長期漂移校正關鍵問題研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

3 龐超;在線氣體分析儀中光譜數(shù)據(jù)處理算法的研究[D];西安電子科技大學;2015年

4 孫輝;基于紅外吸收法多組分氣體分析儀的研制[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

5 文華;基于PLC的氣體分析儀的設計與實現(xiàn)[D];天津大學;2008年

6 薛萬鐵;基于CAN總線的氣體分析儀設計[D];天津大學;2008年

7 沈豪敏;過程氣體分析儀表IPv6網絡化的研究[D];杭州電子科技大學;2014年

8 熊金;車載紅外氣體分析儀的設計與實現(xiàn)[D];重慶大學;2010年

9 高麟;電調制紅外線氣體分析器的研究與實現(xiàn)[D];華東理工大學;2014年

本文編號：516753