【摘要】：氣體檢測技術(shù)在工業(yè)和環(huán)保領(lǐng)域有著非常重要的地位,可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)以其非接觸、高靈敏度、響應(yīng)迅速和適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在現(xiàn)場檢測環(huán)境得到廣泛應(yīng)用。TDLAS技術(shù)本質(zhì)為視線檢測,其測量結(jié)果可以反映被測區(qū)域的平均濃度信息,但是不能夠直接反映氣體的區(qū)域分布特征。本文將TDLAS技術(shù)與計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)(Computed Tomography,CT)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了氣體濃度二維分布的圖像重建,并對(duì)此開展了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。研究了氣體濃度二維分布圖像重建算法。利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)進(jìn)行了數(shù)值仿真,研究了初始值、信號(hào)誤差、松弛因子對(duì)圖像重建的影響,并對(duì)重建算法進(jìn)行了優(yōu)化,主要包括三個(gè)方面:1、研究了一種初始值的計(jì)算方法,有利于縮短重建時(shí)間;2、研究了一種利用零吸收光路約束重建過程的方法,減小了重建誤差;3、提出了一種基于遞進(jìn)的松弛因子的圖像重建方法,可在保證重建質(zhì)量的前提下顯著減少重建時(shí)間。設(shè)計(jì)了氣體濃度二維分布紅外激光光譜檢測系統(tǒng),以甲烷氣體為檢測目標(biāo),選擇中心波長為1653.74nm的激光器作為光源搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。基于Lab VIEW平臺(tái),編寫了多通道光譜數(shù)據(jù)采集與氣體濃度分布圖像重建算法軟件,實(shí)現(xiàn)了光譜數(shù)據(jù)特征提取與氣體濃度分布反演。開展了氣體二維分布檢測的實(shí)驗(yàn)研究,分別對(duì)多種靜態(tài)氣體分布和流動(dòng)氣體分布進(jìn)行了檢測實(shí)驗(yàn)與濃度場分布圖像重建分析,從系統(tǒng)的氣體二維分布圖像重建效果和穩(wěn)定性兩個(gè)方面進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,本文所研究的基于紅外激光光譜的氣體濃度二維分布圖像重建算法與系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)氣體濃度二維分布的檢測與圖像重建,可以較好反映分布特征,具有良好的穩(wěn)定性。
【圖文】：

合肥工業(yè)大學(xué)專業(yè)碩士研究生學(xué)位論文諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)等。法要包括氣體分離系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)，氣體分離測氣體的各組分分離[7]。色譜柱由固定相和流其作用是帶動(dòng)被測氣體在氣路中流動(dòng)，固定相，因此，當(dāng)流動(dòng)相載著被測氣體從色譜柱通過經(jīng)過一段時(shí)間后逐漸將各組分氣體分離開來通過一種氣體就可以探測到一個(gè)電信號(hào)，根據(jù)分物質(zhì)及其濃度。

圖 1.2 ZOLOTECH 公司的二維 TDLAS 設(shè)備示意圖Fig 1.2 A schematic diagram of a two-dimensional TDLAS device developed by ZOLOTECH國內(nèi)許多學(xué)者也對(duì)二維 TDLAS 技術(shù)進(jìn)行了研究。2008 年，浙江大學(xué)的李寧[25]利用高速旋轉(zhuǎn)臺(tái)，搭建了多角度投影二維 TDLAS 系統(tǒng)（如圖 1.3 所示），研究了NH3的二維分布，其系統(tǒng)采用四個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)激光發(fā)射和接受裝置對(duì)測量區(qū)域進(jìn)行掃描，每臺(tái)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度約為 11°，在測量區(qū)域另一側(cè)放置曲率半徑為750mm 的反光鏡，反光鏡的曲率中心和旋轉(zhuǎn)臺(tái)的軸心重合。當(dāng)光線從準(zhǔn)直器射出，穿過測量區(qū)域后打在反射鏡上，，再由反光鏡反回光電探測器，最后利用高速采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以得到較多的等效光路，減少了光源和探測器數(shù)量，高速轉(zhuǎn)臺(tái)的掃描速度約 120°/s，可以在 100ms 內(nèi)完成 400 條光路的掃描。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN249;TP391.41

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本文編號(hào)：2611436