本文關(guān)鍵詞：基于TDLAS的弱吸收條件下氣體濃度測(cè)量理論與實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 可調(diào)諧半導(dǎo)體吸收光譜技術(shù) 諧波檢測(cè) 一階近似 快速傅里葉變換 懷特池

【摘要】：伴隨著工業(yè)化進(jìn)程以及高精尖科學(xué)的不斷發(fā)展,出于經(jīng)濟(jì)性和安全性的考慮,對(duì)生產(chǎn)生活中氣體濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提出了更高的要求。相關(guān)的測(cè)試技術(shù)近些年得到迅速發(fā)展,而吸收光譜技術(shù)憑借其快速、準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)迅速成為了研究熱點(diǎn),其中的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)更是成為了眾多研究的焦點(diǎn)�，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于諸如,電廠脫硝過(guò)程中氨的逃逸率測(cè)量、大氣污染物監(jiān)測(cè)以及航天工業(yè)中極低濃度的氣體測(cè)量研究等領(lǐng)域,并取得了較好的效果。本文在吸收光譜理論以及諧波檢測(cè)理論的基礎(chǔ)上,對(duì)TDLAS技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述,通過(guò)數(shù)值模擬以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方式完成了以下工作。首先,設(shè)計(jì)了適用于實(shí)驗(yàn)室條件的TDLAS實(shí)驗(yàn)方案,并選購(gòu)、加工了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)組成部件。為證明該方法的優(yōu)越性,引入傳統(tǒng)的直接吸收法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹、并通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式與其進(jìn)行測(cè)量范圍、精度的比較。并在此基礎(chǔ)上引入懷特池的設(shè)計(jì),使得有效光程延長(zhǎng)至初始值的12倍,并直接應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)中。同時(shí),通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行改進(jìn),中心頻率6982.0678cm-1處低濃度CO2的測(cè)量準(zhǔn)確性得到了明顯改善。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)使用波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)時(shí),濃度低至100ppm,仍能進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量,測(cè)量相對(duì)誤差僅為2%。另外,為了進(jìn)一步提高測(cè)量精度和靈敏度,本文對(duì)連續(xù)波衰蕩光譜技術(shù)進(jìn)行了初步研究,該方法具備多光程測(cè)量以及不受光強(qiáng)波動(dòng)等因素影響的優(yōu)點(diǎn),在弱吸收條件下的氣體檢測(cè)領(lǐng)域有著較好應(yīng)用前景。文中第五章著重對(duì)其測(cè)量的優(yōu)越性進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,同時(shí)搭建了初步的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行前期實(shí)驗(yàn)研究,得到了與仿真計(jì)算同樣的結(jié)果。本文研究成果預(yù)期能夠?qū)θ跷諚l件下氣體濃度測(cè)量的研究與應(yīng)用產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用。
【關(guān)鍵詞】：可調(diào)諧半導(dǎo)體吸收光譜技術(shù) 諧波檢測(cè) 一階近似 快速傅里葉變換 懷特池
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH83
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題研究背景與意義9-12
• 1.1.1 課題背景9-10
• 1.1.2 傳統(tǒng)氣體濃度測(cè)量方法10-11
• 1.1.3 TDLAS技術(shù)的主要特點(diǎn)11-12
• 1.2 TDLAS技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容15-16
• 第2章 TDLAS技術(shù)理論及分析方法16-27
• 2.1 吸收光譜理論16-19
• 2.1.1 Beer-Lambert定律16
• 2.1.2 線強(qiáng)度S(T)16-17
• 2.1.3 線型函數(shù) φ(ν)17-19
• 2.2 直接吸收法19-20
• 2.3 波長(zhǎng)調(diào)制法20-26
• 2.3.1 二次諧波法23-25
• 2.3.2 免標(biāo)定法 2f/1f25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第3章 TDLAS測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)27-37
• 3.1 TDLAS測(cè)量系統(tǒng)的搭建27-28
• 3.2 懷特池28-31
• 3.2.1 懷特池原理29-30
• 3.2.2 懷特池調(diào)節(jié)30-31
• 3.3 激光光源31-34
• 3.4 光纖準(zhǔn)直器34-35
• 3.5 光電探測(cè)器35
• 3.6 鎖相放大器35-36
• 3.7 本章小結(jié)36-37
• 第4章 CO_2濃度在線測(cè)量37-48
• 4.1 測(cè)量背景37
• 4.2 吸收譜線的選取37-39
• 4.2.1 譜線選取原則38-39
• 4.3 譜線分布的仿真計(jì)算39-40
• 4.4 實(shí)驗(yàn)測(cè)量40-47
• 4.4.1 直接吸收法40-42
• 4.4.2 波長(zhǎng)調(diào)制法42-47
• 4.5 本章小結(jié)47-48
• 第5章 連續(xù)波光腔衰蕩光譜技術(shù)理論及分析方法48-65
• 5.1 衰蕩光譜技術(shù)的原理分析48-50
• 5.2 無(wú)源腔的特性分析50-53
• 5.2.1 無(wú)源腔模式分析50-52
• 5.2.2 腔的結(jié)構(gòu)分析52-53
• 5.2.3 無(wú)源腔的模式匹配53
• 5.3 CRDS測(cè)量技術(shù)的數(shù)值模擬53-58
• 5.3.1 CO_2濃度測(cè)量仿真53-56
• 5.3.2 NH_3濃度測(cè)量仿真56-58
• 5.4 基于CRDS技術(shù)的氣體測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)58-61
• 5.4.1 光纖隔離器59
• 5.4.2 模式匹配透鏡59-60
• 5.4.3 光電探測(cè)器60-61
• 5.5 實(shí)驗(yàn)方案的確立以及試驗(yàn)臺(tái)初步搭建61-64
• 5.5.1 實(shí)驗(yàn)方案確立61-62
• 5.5.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)初步搭建62-64
• 5.6 本章小結(jié)64-65
• 第6章 結(jié)論與建議65-67
• 6.1 全文總結(jié)65-66
• 6.2 未來(lái)工作展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他成果70-71
• 致謝71

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