氣體檢測技術(shù)廣泛應(yīng)用在大氣監(jiān)測,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),能源開采,醫(yī)療監(jiān)測等行業(yè)。氣體檢測是人們擴展認知物質(zhì)的手段,能檢測環(huán)境中存在的但無法被人體察覺的各類氣體。具有可燃性的氣體在密閉空間內(nèi),達到一定濃度就具有爆炸的風(fēng)險。具有毒性的氣體,在察覺不到的情況下威脅身體健康甚至生命安全。氣體也是生物反應(yīng)的重要物質(zhì)之一,通過檢測人體呼出氣體可以檢測生命特征。氣體檢測可以有效預(yù)防氣體爆炸,中毒等安全事故,也可以提高醫(yī)療技術(shù)手段等。因此,提高氣體檢測技術(shù)對生產(chǎn)生活有極其重要的作用。本論文提出兩種光路結(jié)構(gòu)的多通池,并設(shè)計了相應(yīng)的氣體檢測系統(tǒng)。首先,設(shè)計了應(yīng)用于激光光源的密集型光斑多通池,多通池采用三球面鏡反射結(jié)構(gòu)。通過MATLAB軟件建立三鏡反射的數(shù)學(xué)模型,分析了光路結(jié)構(gòu)、光斑分布及形狀、反射次和光程等。按照仿真參數(shù)設(shè)計了光程11.0m多通池,并通過氣體標定實驗驗證了光程。設(shè)計了機械結(jié)構(gòu)用于固定反射鏡及調(diào)整光路。使用密集型光斑多通池,中心波長為1.53μm的分布反饋式（Distribution Feedback,DFB）激光器,結(jié)合波長調(diào)制光譜（Wavelength Modulation Spectroscop... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

文獻[26]中TDLAS技術(shù)氣體檢測系統(tǒng)框圖

第一章緒論41.2.2非分散紅外光技術(shù)NDIR(Non-DistancepersiveInfrared,NDIR)技術(shù)[33-40]使用寬帶光源，通過濾光片獲取需要波長范圍的光線來檢測氣體濃度。常使用大功率鹵燈，工作時產(chǎn)生高溫，向外進行黑體輻射產(chǎn)生紅外線。熱釋電探測器用來作為傳感器，紅外線照射內(nèi)部溫度敏感元件，再通過電路將溫度轉(zhuǎn)化為電信號輸出。由于氣體檢測中的信號變化微弱，以及周圍環(huán)境中存在很多紅外干擾。因此NDIR技術(shù)常使用差分方法提高檢測精度。NDIR技術(shù)中使用的光源成本遠遠低于激光器成本，且不需要專門的驅(qū)動器，使用壽命長且不易損壞。但調(diào)制頻率普遍不高，需要低頻響應(yīng)性能優(yōu)越的探測器。圖1.2是哥根廷激光實驗室協(xié)會使用NDIR技術(shù)測量燃燒氣體，使用鎢燈絲燈泡加熱到2000K向外產(chǎn)生黑體輻射。選擇波數(shù)范圍在2000cm-1—2500cm-1的中紅外波段作為CO的吸收線。探測器選擇上，比較了熱敏電阻和熱釋電探測器。熱釋電探測器成本低，但前者在其系統(tǒng)中顯示了更低的信噪比，因此選擇了熱敏電阻作為探測器。該方案中設(shè)計的氣室并未使用反射鏡增加光程，僅作為氣體吸收池使用[35]。圖1.2文獻[35]中NDIR光譜技術(shù)氣體檢測系統(tǒng)框圖1.2.3光聲光譜技術(shù)光聲光譜(PhotoacousticSpectroscopy，PAS)技術(shù)[41-46]利用光聲效應(yīng)來測量氣體濃度。紅外光線被待測氣體吸收后，氣體分子從基態(tài)躍遷到高能態(tài)。由于高能態(tài)不穩(wěn)定，高能級分子會躍遷回基態(tài)，將能量以無輻射熱量形式散發(fā)出來。由于氣體受熱膨脹，在多通池內(nèi)會產(chǎn)生聲波。使用麥克風(fēng)或微音器捕捉聲波信號即可測得氣體濃度信息。通過周期性調(diào)制激光，即可獲得周期性聲波信號。石英增強

第一章緒論5光聲光譜(QuartzEnhancedPhotoacousticAbsorptionSpectroscopy,QEPAS)技術(shù)是近幾年提出的改進技術(shù)。通過激光器照射到石英音叉中間，音叉會隨之一起振動并產(chǎn)生電信號。音叉有著固有頻率，因此對外界噪聲具有很好的抗干擾能力。音叉周圍添加共振管可以進一步放大聲波信號。圖1.3文獻[47]中CO-QEPAS檢測系統(tǒng)框圖圖1.3是哈爾濱工業(yè)大學(xué)設(shè)計的QEPAS氣體檢測系統(tǒng)用來檢測CO氣體。系統(tǒng)使用中心波長為2.3μm的DFB激光器和共軸型石英音叉，結(jié)合WMS技術(shù)，通過鎖相放大器提取諧波檢測氣體濃度[47]。1.2.4腔增強光譜技術(shù)腔增強光譜技術(shù)[48-49]分腔衰蕩光譜(CavityRingdownSpectroscopy,CRDS)技術(shù)和腔增強吸收光譜(Cavity-enhancedAbsorptionSpectroscopy,CEAS)技術(shù)兩種。腔增強光譜技術(shù)利用高反射率的透反射鏡使光線在吸收池內(nèi)進行多次反射增加光程，每次反射從多通池都能透射一部分光線。CRDS技術(shù)通過關(guān)斷激光器，停止向諧振腔內(nèi)注入激光時，輸出光線開始衰減，衰減的時間包含著氣體濃度信息，而CEAS技術(shù)是測量輸出光線的強度來獲取濃度信息。兩種技術(shù)難點的都在激光和諧振腔模式的匹配上，離軸積分腔輸出光譜(Off-axisIntegrated-cavityOutputSpectroscopy，OA-ICOS)技術(shù)通過改變激光入射位置，提高CEAS技術(shù)中腔模式的信噪比。圖1.4是吉林大學(xué)設(shè)計的基于OA-ICOS技術(shù)與頻分復(fù)用波長調(diào)制光譜(FrequencyDivisionMultiplexingassistedWMS,FDM-WMS)技術(shù)的乙炔(C2H2)和

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于TDLAS的煙氣中CO濃度混合取樣式在線監(jiān)測[J]. 周佩麗,譚文,彭志敏.  儀器儀表學(xué)報. 2019(11)
[2]基于HTCC工藝的電化學(xué)NO2氣體傳感器設(shè)計與測試[J]. 秦浩,王洋洋,楊永超,劉智敏,佟勇,徐海鑫.  輕工學(xué)報. 2019(04)
[3]礦井內(nèi)CH4與CO2雙組分NDIR傳感器的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 趙勇毅,常建華,沈婉,趙正杰,房久龍.  紅外技術(shù). 2019(08)
[4]非色散紅外CO2傳感器溫度補償模型研究[J]. 牛萍娟,程崢,田海濤,李舒舒.  儀表技術(shù)與傳感器. 2019(08)
[5]基于MEMS技術(shù)的催化燃燒氣體傳感器[J]. 馬麗,宋宏斌,王磊,楊梅.  現(xiàn)代信息科技. 2018(10)
[6]中紅外差分式CO檢測儀的設(shè)計與實驗[J]. 李國林,季文海,王一丁.  紅外與激光工程. 2018(04)
[7]一種螺旋型的緊湊多光程池[J]. 吳飛龍,李傳亮,史維新,魏計林,鄧倫華.  光譜學(xué)與光譜分析. 2016(04)

博士論文
[1]TDLAS系統(tǒng)中的噪聲抑制研究[D]. 梁文科.山東大學(xué) 2019
[2]紅外激光氣體分析儀的關(guān)鍵問題研究[D]. 董明.吉林大學(xué) 2019
[3]基于紅外激光吸收光譜技術(shù)的氣體檢測系統(tǒng)研究[D]. 何啟欣.吉林大學(xué) 2018
[4]差分傅里葉變換紅外光聲光譜大氣污染氣體檢測研究[D]. 劉麗嫻.電子科技大學(xué) 2017
[5]基于中紅外吸收光譜技術(shù)的設(shè)施園藝CO2測控系統(tǒng)的研制[D]. 王嘉寧.吉林大學(xué) 2017
[6]氣體紅外吸收光譜檢測信號的分析研究[D]. 劉永寧.山東大學(xué) 2016
[7]基于連續(xù)波腔衰蕩光譜的痕量氣體檢測技術(shù)研究[D]. 李志新.山西大學(xué) 2015

碩士論文
[1]基于波長調(diào)制光譜技術(shù)的氣體遙測系統(tǒng)的研究[D]. 苗澍茁.吉林大學(xué) 2019
[2]基于TDLAS的CO濃度檢測系統(tǒng)的研究[D]. 張保龍.西安科技大學(xué) 2019
[3]基于石英增強光聲光譜技術(shù)的一氧化碳痕量氣體檢測研究[D]. 佟瑤.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[4]基于紅外吸收光譜技術(shù)的甲烷濃度檢測系統(tǒng)研究[D]. 王韜.燕山大學(xué) 2019
[5]基于NDIR原理的CO2濃度傳感器的制備與研究[D]. 袁博.電子科技大學(xué) 2019
[6]基于TDLAS技術(shù)的氣體檢測技術(shù)[D]. 顏松岸.華北電力大學(xué)(北京) 2019
[7]用于紅外激光氣體檢測的數(shù)字正交鎖相放大器的研制[D]. 劉慧芳.吉林大學(xué) 2017
[8]TDLAS氣體檢測中二次諧波的鎖相放大器的研究[D]. 曹天書.吉林大學(xué) 2013



本文編號：3254845