森林是生物圈最重要的生存環(huán)境之一,是一個巨大的資源寶庫;具有防治風沙、凈化空氣、防止水土流失、保持大氣平衡的功能;但目前森林火災已成為森林最嚴重的危害,如何實現(xiàn)森林火災早期發(fā)現(xiàn)、準確定位、及時報警,減少森林火災損失,一直是森林防火技術(shù)人員研究的熱點和難點,本文針對森林火災早期發(fā)展過程中產(chǎn)生的煙和熱以及輻射能量較小,傳統(tǒng)森林火災監(jiān)測方法精準探測能力不足等問題,提出了基于可調(diào)諧半導體激光吸收光譜法的林火早期探測技術(shù)研究;通過構(gòu)建森林火災早期氣體排放模型,采用TDLAS（可調(diào)諧半導體激光吸收光譜法）痕跡氣體測試方法,實時探測CO氣體濃度變化趨勢,實現(xiàn)森林火災早期探測,并通過模擬燃燒試驗對所提方法進行了驗證。具體研究工作概況如下:1)森林可燃物燃燒通常由吸熱、熱分解、混合和燃燒過程四個階段組成,本文通過牡丹江雙峰林場林火模擬燃燒試驗,對森林火災燃燒機理以及火災早期熱解過程氣體排放進行研究,通過構(gòu)建森林火災早期氣體排放與氣體分布流動特征模型以及試驗數(shù)據(jù)分析,提出一種基于TDLAS痕跡CO氣體監(jiān)測進行森林火災早期探測的新思路和新方法。2)對TDLAS痕跡氣體探測原理、CO氣體吸收譜線選擇、鎖相放大... 

【文章來源】：東北林業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究意義及背景
    1.2 國內(nèi)外森林火災探測研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外森林火災探測研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)森林火災探測研究現(xiàn)狀
        1.2.3 森林火災探測發(fā)展趨勢
    1.3 痕量氣體濃度檢測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
    1.4 課題主要研究內(nèi)容
    1.5 論文結(jié)構(gòu)安排
2 森林火災早期氣體排放機理分析
    2.1 引言
    2.2 森林火災可燃物燃燒過程
    2.3 森林火災早期熱分解過程
        2.3.1 森林可燃物主要成分
        2.3.2 可燃物主要成分熱解過程
        2.3.3 樹葉熱解和氧化的對應(yīng)關(guān)系
    2.4 森林火災氣體生成機理與組成
        2.4.1 森林可燃物燃燒路徑
        2.4.2 含碳氣體的生成機理
    2.5 森林火災毒性氣體作用機理
        2.5.1 森林火災毒性氣體效用分析
        2.5.2 典型毒性氣體對人體生理特征的影響
    2.6 森林火災毒性氣體濃度變化趨勢模型
    2.7 本章小結(jié)
3 基于TDLAS森林火災早期氣體檢測原理
    3.1 引言
        3.1.1 氣體的光譜吸收原理
        3.1.2 氣體分子能級結(jié)構(gòu)和振轉(zhuǎn)光譜理論
    3.2 Beer-Lambert定律
        3.2.1 氣體吸收線強與分子數(shù)密度
        3.2.2 歸一化線型函數(shù)
        3.2.3 CO吸收譜線的選擇
    3.3 TDLAS技術(shù)原理
        3.3.1 諧波檢測原理
        3.3.2 鎖相放大器基本原理
    3.4 本章小結(jié)
4 基于TDLAS森林火災早期檢測系統(tǒng)構(gòu)建
    4.1 引言
    4.2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計
    4.3 光源驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計
        4.3.1 光源選型
        4.3.2 光源特性分析
        4.3.3 電流源設(shè)計
        4.3.4 基于負反饋PID的光源溫度控制系統(tǒng)設(shè)計
    4.4 基于自聚焦透鏡與先進的分子篩技術(shù)微型氣室設(shè)計
    4.5 光電探測系統(tǒng)設(shè)計
        4.5.1 光電探測器選型
        4.5.2 前置放大器設(shè)計
        4.5.3 主放大器設(shè)計
        4.5.4 帶通濾波器設(shè)計
    4.6 基于FPGA的數(shù)字正交鎖相放大器設(shè)計
        4.6.1 鎖相放大器實現(xiàn)方案對比
        4.6.2 DDS設(shè)計
        4.6.3 低通濾波器
        4.6.4 乘法器
        4.6.5 開放運算
        4.6.6 雙通道鎖相放大器
    4.7 本章小結(jié)
5 森林火災早期檢測系統(tǒng)多因素參數(shù)優(yōu)選策略
    5.1 引言
    5.2 諧波次數(shù)的選擇
    5.3 激光器調(diào)制的影響
        5.3.1 調(diào)制度對諧波信號的影響
        5.3.2 調(diào)制頻率對諧波信號的影響
        5.3.3 掃描信號幅度對諧波信號的影響
        5.3.4 掃描信號頻率對諧波信號的影響
    5.4 鎖相參數(shù)對信號的影響
        5.4.1 鎖相放大器重要參數(shù)
        5.4.2 時間常數(shù)對檢測信號的影響
    5.5 基于最佳信噪比的多因素參數(shù)優(yōu)選策略
    5.6 本章小結(jié)
6 森林火災早期檢測系統(tǒng)噪聲抑制與穩(wěn)定補償
    6.1 引言
    6.2 激光光學干涉影響
        6.2.1 激光光學干涉形成機理
        6.2.2 光學干涉諧波信號影響分析
        6.2.3 光學干涉背景信號影響分析
    6.3 溫度對TDLAS系統(tǒng)的影響
        6.3.1 溫度對電路部分影響
        6.3.2 TDLAS系統(tǒng)受溫度影響分析
        6.3.3 線型函數(shù)比較
    6.4 校正算法設(shè)計
        6.4.1 TDLAS校正模型
        6.4.2 校正補償因子分析
        6.4.3 補償校正
    6.5 結(jié)論
結(jié)論
參考文獻
攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文
致謝
附件



本文編號：3529874