本文選題：TDLAS + 氨氣濃度檢測��； 參考：《天津科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：隨著機動車保有量的不斷增加和人們環(huán)保意識的增強,利用選擇性催化還原系統(tǒng)(Selective Catalytic Reduction, SCR)降低汽車尾氣中NOx排放的方法也得到越來越多的應(yīng)用,但是由于作為還原劑的尿素水溶液很難被控制到絕對適量,所以過量的NH3被排放到空氣中。由于NH3不僅對人類的健康造成危害,而且是PM2.5持續(xù)走高的主要因素,故導(dǎo)致柴油機尾氣處理的二次污染�？烧{(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)憑借其高選擇性、高靈敏度等優(yōu)點,對柴油機尾氣處理中溢出的少量NH3可以進行精準檢測,故本文以TDLAS作為檢測NH3的方法。本論文針對應(yīng)用到的波長調(diào)制光譜學(xué)理論,利用氣體分子吸收理論分析了氨氣擁有特定吸收譜線的原因,對光譜譜線的線型、線寬、線強進行分析,介紹了 Lambert-Beer定律,運用了直接吸收檢測的掃描波長法來獲得準確的氨氣吸收峰,并對諧波檢測進行了對比分析,并選用諧波檢測中波長調(diào)制方法去除低頻噪聲,選出二次諧波信號作為濃度信號的采集信號。對TDLAS氨氣濃度檢測系統(tǒng)進行設(shè)計,在利用HITRAN數(shù)據(jù)庫分析了氨氣的吸收峰和柴油機尾氣中H2O、CO2、CO、C2H2、NO、N2O氣體成分的吸收峰位置,最終選擇了 1512.22nm的吸收譜線作為本文的氨氣吸收譜線。對系統(tǒng)中選用的主要器件的型號、功能原因進行分析,對LabVIEW數(shù)據(jù)采集程序和MATLAB數(shù)據(jù)預(yù)處理程序進行設(shè)計。對汽車尾氣前處理系統(tǒng)進行了以設(shè)計濾除顆粒物等雜質(zhì),過濾芯采用三氧化二鋁與二氧化硅的燒結(jié)材料。實現(xiàn)了柴油機TDLAS氨氣濃度檢測系統(tǒng),對激光驅(qū)動器的輸出溫度和驅(qū)動電流的選擇進行試驗分析,并對信號發(fā)生器產(chǎn)生的掃描信號和調(diào)制信號的頻率和幅度進行實驗計算,最終選擇掃描信號幅度為600mV、頻率為5Hz;調(diào)制信號幅度為150mV,頻率為50KHz;最后計算了鎖相放大器時間常數(shù)、靈敏度、相位對二次諧波的影響并得出結(jié)論,最后實驗分析了 TDLAS氨氣檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性為98%。對采集到的二次諧波數(shù)據(jù)進行實驗預(yù)處理,利用氣體分割器將氣體濃度為10000ppm、600ppm、40ppm的氨氣分別分為10%-100%該濃度的10組氣體,并給出了每種濃度氨氣10組氣體的最小二乘擬合結(jié)果,然后利用500ppm的標準氣體模塊與處理后的待測數(shù)據(jù)利用最小二乘法算法進行擬合,待測氨氣的檢測限為2.4ppm。
[Abstract]:With the increasing of vehicle ownership and people's awareness of environmental protection, the method of reducing NOx emission from automobile exhaust by selective catalytic reduction system (Catalytic Reduction, SCR) has been applied more and more widely. However, because the urea solution as a reducing agent is difficult to be controlled to an absolute appropriate amount, excessive NH3 is discharged into the air. NH3 is not only harmful to human health, but also the main factor of PM2.5 rising continuously, which leads to secondary pollution of diesel engine exhaust gas treatment. Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy-TDLASA can accurately detect a small amount of NH3 overflow in diesel engine exhaust treatment by virtue of its high selectivity and high sensitivity. Therefore, TDLAS is used as a method to detect NH3 in this paper. Based on the theory of wavelength modulation spectroscopy applied in this paper, the reason why ammonia has a specific absorption line is analyzed by using the gas molecular absorption theory. The line shape, line width and line strength of the spectrum line are analyzed, and the Lambert-Beer law is introduced. The scanning wavelength method of direct absorption detection is used to obtain the exact absorption peak of ammonia gas, and the harmonic detection is compared and analyzed, and the method of wavelength modulation in harmonic detection is used to remove the low frequency noise. The second harmonic signal is selected as the sampling signal of the concentration signal. The TDLAS ammonia concentration detection system was designed. The position of the absorption peak of ammonia and the absorption peak of CO _ 2H _ 2C _ 2H _ 2C _ 2H _ 2N _ 2O in diesel engine exhaust gas were analyzed by using HITRAN database. Finally, the absorption spectrum line of 1512.22nm was chosen as the absorption spectrum line of ammonia gas in this paper. This paper analyzes the models and functional reasons of the main devices selected in the system, and designs the LabVIEW data acquisition program and the MATLAB data preprocessing program. The pre-treatment system of automobile tail gas was designed to filter the impurity such as particulates, and the filter core was sintered with aluminum trioxide and silica. The TDLAS ammonia concentration detection system of diesel engine is realized. The selection of output temperature and driving current of laser driver is tested and analyzed, and the frequency and amplitude of scanning signal and modulation signal produced by signal generator are calculated experimentally. Finally, the scanning signal amplitude is 600mV, the frequency is 5Hz, the modulation signal amplitude is 150mV and the frequency is 50kHz. Finally, the influence of the time constant, sensitivity and phase of the phase-locked amplifier on the second harmonic is calculated and concluded. Finally, the stability of TDLAS ammonia detection system is analyzed. The collected second harmonic data were pretreated experimentally. The ammonia gas with a concentration of 10 000 ppm-1, 600 ppm or 40 ppm was divided into 10 groups of 10 groups of gases with a concentration of 10 to 100% by using a gas splitter. The least square fitting results of 10 groups of gases with each concentration of ammonia were given. Then the standard gas module of 500ppm is used to fit the measured data, and the detection limit of ammonia gas is 2.4 ppm.
【學(xué)位授予單位】：天津科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP274

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 屈東勝;洪延姬;王廣宇;潘虎;;基于免標定波長調(diào)制光譜技術(shù)的氣體溫度和組分濃度測量[J];光學(xué)學(xué)報;2013年12期

2 楊秀芹;鄒開鳳;;恒溫加熱裝置在煙氣測試儀中的應(yīng)用研究[J];計量與測試技術(shù);2013年06期

3 葉瑋琳;鄭傳濤;王一丁;;基于TDLAS的紅外濕度檢測中的小波去噪實驗研究[J];光電子.激光;2013年01期

4 孫友文;劉文清;謝品華;方武;曾議;司福祺;李先欣;詹鍇;;差分吸收光譜技術(shù)在工業(yè)污染源煙氣排放監(jiān)測中的應(yīng)用[J];物理學(xué)報;2013年01期

5 張志榮;董鳳忠;吳邊;田明麗;龐濤;涂郭結(jié);夏滑;王煜;倪志波;;基于TDLAS技術(shù)的工業(yè)環(huán)境中HF氣體在線監(jiān)測[J];光電子.激光;2011年11期

6 許振宇;劉文清;闞瑞峰;張玉鈞;劉建國;張帥;束小文;耿輝;何瑩;湯媛媛;;可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜中的吸光度反演算法研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2010年08期

7 束小文;張玉鈞;闞瑞峰;崔益本;何瑩;張帥;耿輝;劉文清;;基于TDLAS技術(shù)的HCl氣體在線探測溫度補償方法研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2010年05期

8 崔家榮;;水中氨氮納氏試劑分光光度法測定[J];現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技;2008年08期

9 趙斌;馬建中;;天津市大氣污染源排放清單的建立[J];環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2008年02期

10 劉歡;賀克斌;王岐東;;天津市機動車排放清單及影響要素研究[J];清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)網(wǎng)絡(luò).預(yù)覽;2008年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 張銳;可調(diào)諧二極管激光吸收光譜中的高精度氣體檢測技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2014年

2 陸燕;高分辨光腔衰蕩光譜研究部分大氣分子的振轉(zhuǎn)譜帶[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

3 王珊珊;基于被動DOAS的上海城區(qū)NO_2和氣溶膠污染的反演研究[D];復(fù)旦大學(xué);2012年

4 張可可;光譜吸收式光纖氣體檢測理論及技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

5 齊汝賓;準連續(xù)激光波長調(diào)制光譜的理論與實驗研究[D];天津大學(xué);2012年

6 張?zhí)鞈?若干較重原子和輕原子能級結(jié)構(gòu)和躍遷性質(zhì)的理論研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

7 陶建忠;利用選擇性催化還原反應(yīng)（SCR）降低車用柴油機氮氧化物的技術(shù)研究[D];山東大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 溫強;基于TDLAS直插式氨氣在線檢測系統(tǒng)的研究[D];浙江大學(xué);2016年

2 陳勇;基于近紅外光譜的腦功能成像系統(tǒng)研究[D];吉林大學(xué);2015年

3 劉興立;基于TDLAS的數(shù)字信號處理與分析[D];電子科技大學(xué);2015年

4 趙星;基于FPGA的鎖相放大器在多組分氣體檢測中的應(yīng)用研究[D];西南科技大學(xué);2015年

5 季軍;基于TDLAS的氣相過氧化氫濃度測量技術(shù)的研究[D];浙江大學(xué);2015年

6 趙桂章;基于TDLAS技術(shù)的氨逃逸測量[D];華北電力大學(xué);2015年

7 余桂周;基于NDIR原理的高靈敏度便攜式氣體檢測系統(tǒng)研究[D];安徽大學(xué);2014年

8 吳佳;光聲光譜法在油融氣體分析中的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2013年

9 呂梅梅;基于TDLAS技術(shù)甲烷氣體檢測的溫度補償研究[D];山東大學(xué);2013年

10 田軍;南京市機動車大氣環(huán)境影響及其控制策略研究[D];南京大學(xué);2013年

，

本文編號：1984996