【摘要】：二硫化碳(CS_2)是一種分布廣泛的有毒、惡臭的環(huán)境污染物,會(huì)對(duì)工業(yè)安全和人體健康造成嚴(yán)重威脅,二硫化碳?xì)怏w的在線監(jiān)測(cè)對(duì)污染排放控制和安全保障具有重要意義。本文針對(duì)二硫化碳在中紅外譜段的帶狀譜吸收特征,研究基于分布反饋式量子級(jí)聯(lián)激光器(DFB-QCL)的高靈敏檢測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了二硫化碳?xì)怏w的在線監(jiān)測(cè)。主要工作包括:第一,DFB-QCL光機(jī)耦合組件的設(shè)計(jì)、制作及驗(yàn)證。根據(jù)QCL激光器熱功率大、散熱要求高等特點(diǎn)以及實(shí)際工作中的溫度控制需求,設(shè)計(jì)制作了QCL光機(jī)組件,核心模塊有兩級(jí)溫控、激光器夾持、光路準(zhǔn)直微調(diào)。加工裝配后對(duì)組件溫控性能進(jìn)行了測(cè)試,驗(yàn)證了QCL組件在實(shí)際工作過(guò)程中的有效性和穩(wěn)定性。第二,發(fā)展了兩種基于DFB-QCL的高靈敏的帶狀吸收光譜檢測(cè)技術(shù)。先利用光譜數(shù)據(jù)庫(kù)在擬測(cè)量譜段內(nèi)分析二硫化碳常見共存物的吸收干擾,篩選了二硫化碳工作譜線。然后一方面,采用DFB-QCL差分吸收光譜技術(shù),從算法推導(dǎo)、仿真實(shí)驗(yàn)、實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)三個(gè)方面對(duì)窄譜段(約3個(gè)波數(shù))內(nèi)實(shí)現(xiàn)多種氣體檢測(cè)的有效性和準(zhǔn)確性進(jìn)行了分析,并實(shí)現(xiàn)了二硫化碳、一氧化碳和氧化亞氮的同時(shí)測(cè)量;另一方面,采用DFB-QCL調(diào)制吸收光譜技術(shù),針對(duì)帶狀譜調(diào)制檢測(cè)中譜線重疊的問(wèn)題對(duì)調(diào)制系數(shù)選取和光學(xué)條紋消除兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了二硫化碳的高靈敏、高特異性檢測(cè)。第三,二硫化碳在線分析儀的集成與性能評(píng)價(jià)。在QCL光機(jī)組件和所發(fā)展的帶狀譜調(diào)制吸收光譜技術(shù)以及本實(shí)驗(yàn)室先前自主研發(fā)的數(shù)字鎖相電路板、溫度控制板的基礎(chǔ)上,集成了高靈敏的二硫化碳在線分析儀,并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)分析儀的線性度、檢測(cè)限、重復(fù)性、零點(diǎn)漂移、不確定度等性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。本文設(shè)計(jì)的光機(jī)組件為QCL激光器提供了至關(guān)重要的安全防護(hù)、激光準(zhǔn)直輸出、兩級(jí)溫度控制環(huán)節(jié)和注入電流接口;QCL差分吸收光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在窄譜段內(nèi)的多種氣體同時(shí)高靈敏檢測(cè),而QCL調(diào)制吸收光譜技術(shù)則是在帶狀吸收上實(shí)現(xiàn)了調(diào)制譜檢測(cè),這是對(duì)調(diào)諧吸收光譜技術(shù)的重要補(bǔ)充和拓展。二硫化碳激光分析儀的評(píng)價(jià)結(jié)果,充分展示了QCL光機(jī)組件的高穩(wěn)定性、寬帶調(diào)制吸收光譜技術(shù)的高靈敏與強(qiáng)抗干擾能力,可應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下二硫化碳在線監(jiān)測(cè),對(duì)于其它寬帶吸收氣體的檢測(cè)也具有借鑒價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH744.5
【圖文】：

差分吸收光譜示意圖

圖 2-2 二硫化碳的吸收系數(shù)譜圖，光譜分辨率 0.06cm-1，1atm，296 K。在二硫化碳的帶狀譜檢測(cè)中，為了查找空氣成分在光譜上對(duì)二硫化碳的強(qiáng)擾，我們?cè)诙蚧?ν1+ν3 吸收譜帶范圍內(nèi)用 HITRAN 數(shù)據(jù)庫(kù)的 IAO 標(biāo)準(zhǔn)模型[48]進(jìn)行空氣成分干擾譜線分析。在實(shí)驗(yàn)室激光器可達(dá)到的調(diào)諧范

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2722910