【摘要】：在線氣體測量分析技術在諸如石油勘探、石油化工、煉鋼等工業(yè)生產(chǎn)、過程監(jiān)控中都起到了非常關鍵的作用,但是由于深層勘測難度大,因此要求更先進的技術。本論文嘗試設計一種激光氣體拉曼分析儀,用于對混合氣體進行檢測和分析。該系統(tǒng)能夠檢測幾乎所有種類的氣體,精度高、量程范圍廣、易操作,而且可以在各種環(huán)境和條件下進行氣體檢測和分析。首先,本文論述了研究本課題的背景意義以及創(chuàng)新點,對幾種常見拉曼光譜儀的理論知識做了介紹,著重研究了拉曼光譜的組成、特點及應用,從多方面、多層次表明本課題選擇拉曼光譜的依據(jù),并分析了拉曼光譜氣體檢測技術和諧振腔的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,介紹了幾種常用的氣體檢測方法,證明了拉曼氣體檢測方法的優(yōu)勢性和可行性,表明了本課題研究的目的,為后面實驗系統(tǒng)的構建提供了理論基礎,突出了新型拉曼氣體系統(tǒng)研究的意義和必要性。其次,文中對激光、常見激光器、光學諧振腔等相關理論基礎知識進行了闡述,對本課題選用氦氖激光器以及光學諧振腔來構建分析儀的原因做了解釋,并從量子理論方面介紹了氣體拉曼散射的原理,進一步為搭建氣體拉曼光譜分析儀提供了理論依據(jù)。緊接著,在一系列的理論研究的基礎上,構建氣體拉曼光譜分析儀。本儀器采用25mw的He-Ne激光源作為激發(fā)光,其波長為0.6328μm,并且利用高反射率的腔鏡來搭建諧振腔;利用高反射鏡增強來激發(fā)產(chǎn)生拉曼信號,利用小孔光闌在氣體腔內(nèi)有效地抑制雜散光,增加了信噪比;采用不同設計的濾光片和透鏡組,實現(xiàn)了多窗口多組分的氣體拉曼在線檢測;通過對光電檢測后端的信號采集電路進行小信號放大設計,提高了p A級的檢測靈敏度和信噪比,降低了系統(tǒng)的復雜性。最后,選取了石油中常見的六種氣體作為被測樣品,在一個標準大氣壓、流量為100m L/min情況下,分別對含待測氣體100%、含待測氣體0.1%、含100%純氬氣三種類別氣體進行測量和定性定量分析。研究表明,該分析儀能有效檢測混合氣體的氣體組分和濃度,待測氣體的檢測范圍均能達到0.1%-100%。
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH74
【圖文】：

圖 1.1 發(fā)射光譜儀原理圖 激發(fā)光源：指原子發(fā)射光譜的光源向試樣供給能量，使試樣發(fā)生蒸發(fā)樣中的各類元素原子或者離子形成發(fā)射光譜。常見的激發(fā)源包括電弧、電火花以及電感耦合高頻等離子體（Inductively Coupled Plasma，I 分光系統(tǒng)：根據(jù)波長的順序，將光源發(fā)射出的各類不同波長的輻射能依光譜的系統(tǒng)，稱為色散系統(tǒng)。它決定了光譜儀器的工作范圍以及光譜器的核心部件。色散系統(tǒng)有三大作用，分光、轉向以及能量傳遞，分辨本領來表示。 = 1.1)中， 是波長， 是兩條譜線之間的波長差數(shù)。 檢測系統(tǒng)：通過測量譜線的波長和強度來記錄光譜。觀察測量光譜的利用不同類型的光檢測器來實現(xiàn)。早期的檢測方式有兩種：攝譜法和紅外吸收光譜儀λΔλλ Δλ

偶極矩發(fā)生凈變化，從而使振-轉能級從基發(fā)態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，和這些區(qū)域相對應的透射光強會減小。紅外光譜圖主要用來記錄分子吸收紅外光的情況，它既能夠用于化合物鑒定以及分子結構表征，也能夠用于定量分析。下圖1.2是光波譜區(qū)及能量躍遷的情況。λΔλλ Δλ

圖 1.2 光波譜區(qū)及能量躍遷相關圖通常情況下，橫坐標為波長 或波數(shù) ，用來表示吸收峰的位置；縱坐標為吸光光率 ，用來表示吸收的強度。則： =1 % = 0式(1.3)中， 是透過強度， 是入射強度。圖 1.3 為某化合物的紅外光譜圖，上方的橫坐標是波長 ，單位為 ，下方的波數(shù)的倒數(shù)，用 表示，單位為 ，縱坐標是透光率 %。 /

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本文編號：2774481