發(fā)布時間：2017-04-12 15:08

  本文關鍵詞：基于積分球氣室的光學氣體檢測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,隨著人們對自身生活環(huán)境的重視,以及大氣污染問題層出不窮,如何有效減小有毒、有害氣體對人類健康的危害,已經(jīng)成為當前亟待解決的重要問題,為此,需要對環(huán)境中的污染氣體進行有效的監(jiān)測。光譜學氣體檢測方法由于具有非接觸式檢測和響應速度快等特點,成為有害氣體檢測的重要手段,并得到了快速的發(fā)展。本課題研究的內(nèi)容是構(gòu)建一套基于吸收光譜技術(shù)的氣體檢測平臺,并使用二氧化氮氣體對系統(tǒng)性能進行了測試。首先,本文介紹了光譜吸收氣體定量分析的理論基礎——Lambert-Beer定律,并討論了該定律的適用范圍。在此基礎之上,考慮到實際運用過程中存在的瑞利散射和米氏散射等環(huán)境因素的影響,對Lambert-Beer定律進行了適當?shù)男拚?使得修正后的結(jié)果更加適合實際情況。在此基礎之上,作者重點研究了系統(tǒng)的氣室傳感單元。由Lambert-Beer定律可知,增加氣室傳感長度能有效增加系統(tǒng)的檢測極限,所以如何設計性能優(yōu)良的氣室成為整個系統(tǒng)的關鍵技術(shù)之一。在對比分析傳統(tǒng)氣室優(yōu)缺點的基礎之上,提出使用積分球作為系統(tǒng)的吸收氣室。光源進入積分球后,在高反射率涂層的作用下,光線在球壁內(nèi)進行多次來回反射,從而達到增大光程的作用。由于光線在積分球內(nèi)的傳播是隨機的,其傳感長度的計算不能簡單套用傳統(tǒng)氣室光程的計算方法,因此本文構(gòu)建了積分球氣室光程計算的數(shù)學模型,并推導了其等效光程,在討論開口比以及涂層反射率對等效光程影響的基礎之上,完成對積分球氣室的設計。最后,設計并構(gòu)建了基于吸收光譜技術(shù)的氣體檢測實驗平臺,使用該平臺對二氧化氮氣體的吸收響應進行了探測,對吸收度和吸收截面進行多項式擬合,得到差分吸收度和差分吸收截面,并通過DOAS光譜吸收技術(shù)對實驗中配置的二氧化氮濃度進行反演,給出了濃度反演結(jié)果和反演誤差,實驗結(jié)果表明本文提出的系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和準確率。
【關鍵詞】：光譜學氣體檢測 Lambert-Beer定律 積分球 差分光學吸收光譜技術(shù)
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X84
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-19
• 1.1 研究背景及意義8-10
• 1.2 國內(nèi)外氣體檢測研究現(xiàn)狀10-18
• 1.2.1 基于化學檢測方法研究10-11
• 1.2.2 基于光譜學檢測方法研究11-18
• 1.3 論文的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)18-19
• 2 氣體濃度檢測的基本原理19-27
• 2.1 氣體分子的能級結(jié)構(gòu)以及吸收光譜19-20
• 2.2 光譜吸收定律20-23
• 2.2.1 Lambert-Beer定律20-22
• 2.2.2 修正后的Lambert-Beer定律22-23
• 2.3 差分光學吸收光譜算法23-26
• 2.3.1 差分光學吸收光譜算法的基本原理23-24
• 2.3.2 差分光學吸收光譜算法可探測的波長范圍24-25
• 2.3.3 差分光學吸收光譜算法數(shù)據(jù)處理步驟和方法25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 長光程氣體吸收池27-36
• 3.1 氣體吸收池設計要求27
• 3.2 傳統(tǒng)長光程氣體吸收池結(jié)構(gòu)27-31
• 3.2.1 White型氣體吸收池28-29
• 3.2.2 Herriott型氣體吸收池29-31
• 3.3 積分球氣室理論模型31-34
• 3.4 積分球的檢測靈敏度和極限34-35
• 3.5 本章小結(jié)35-36
• 4 氣體檢測系統(tǒng)平臺設計36-48
• 4.1 氣體檢測系統(tǒng)描述36
• 4.2 光源的選擇36-39
• 4.3 氣體吸收池的設計39-45
• 4.3.1 積分球光程的影響因素39-41
• 4.3.2 積分球氣室設計41-45
• 4.4 光譜探測器的選擇45-47
• 4.5 本章小結(jié)47-48
• 5 實驗結(jié)果及分析48-58
• 5.1 實驗裝置描述48-49
• 5.1.1 實驗裝置圖48-49
• 5.1.2 實驗步驟49
• 5.2 實驗數(shù)據(jù)分析49-56
• 5.2.1 數(shù)據(jù)預處理49
• 5.2.2 差分吸收截面的獲取49-54
• 5.2.3 濃度反演54-56
• 5.3 測量誤差分析與結(jié)論56-57
• 5.3.1 誤差分析56-57
• 5.3.2 實驗結(jié)論57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 6 總結(jié)與展望58-60
• 6.1 全文總結(jié)58
• 6.2 展望58-60
• 致謝60-61
• 參考文獻61-66
• 附錄66
• A. 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文目錄66
• B. 作者在攻讀學位期間參加的項目66
• C. 論文中的數(shù)據(jù)及程序清單66

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  本文關鍵詞：基于積分球氣室的光學氣體檢測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：301529