【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步,目前我國(guó)購(gòu)買機(jī)動(dòng)車的個(gè)人及家庭越來(lái)越多,每年以百分之十的速度遞增,機(jī)動(dòng)車尾氣造成的環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。NO和NO2統(tǒng)稱為NOx,是機(jī)動(dòng)車尾氣的重要組成物。監(jiān)測(cè)機(jī)動(dòng)車排出的NOx濃度對(duì)于評(píng)估機(jī)動(dòng)車尾氣排放水平,保護(hù)城市大氣環(huán)境具有極其重要的意義。與其他氣體分析技術(shù)相比,光譜分析技術(shù)因其具有連續(xù)在線檢測(cè)的特點(diǎn),已經(jīng)成為過(guò)程氣體檢測(cè)技術(shù)的主流發(fā)展方向和研究重點(diǎn)。本文針對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣NOx在線檢測(cè)的需求,研究了基于脈沖氙燈的便攜式機(jī)動(dòng)車尾氣NOx在線檢測(cè)數(shù)據(jù)處理算法,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量與對(duì)比分析。論文完成的主要研究工作如下:(1)介紹了脈沖氙燈以及物質(zhì)吸收光譜的基礎(chǔ)理論。搭建了 NOx檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),采集了以濱松L9456脈沖氙燈作為光源的NOx吸收光譜數(shù)據(jù),對(duì)光源波動(dòng)、光譜采集積分時(shí)間、平均次數(shù)等問(wèn)題進(jìn)行了研究,提出了相應(yīng)的解決方法,確定了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的工作參數(shù),結(jié)果表明所搭建的檢測(cè)平臺(tái)能達(dá)到NO檢測(cè)限為2.45ppm,量程可達(dá)2500ppm;而NO2的檢測(cè)限為2.6ppm,量程可達(dá)500ppm。(2)針對(duì)光譜噪聲影響NOx濃度反演精度的問(wèn)題,分析了常規(guī)數(shù)據(jù)預(yù)處理方法對(duì)基于脈沖氙燈NOx吸收光譜降噪效果的不足,研究了自適應(yīng)指標(biāo)尋優(yōu)的EEMD機(jī)動(dòng)車尾氣NOx光譜預(yù)處理算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:使用NIO-EEMD降噪的效果,要優(yōu)于同等情況下,使用EMD低通濾波,以及db3小波分解算法的效果,SNR指標(biāo)由初始的17.8865提高到28.1347。(3)針對(duì)吸收光譜法檢測(cè)機(jī)動(dòng)車尾氣NOx組分濃度時(shí)不可避免的疊加吸收干擾問(wèn)題,利用加權(quán)偏最小二乘回歸算法(WPLS-Weighted Partial Least Squares),結(jié)合機(jī)動(dòng)車尾氣多組分NO、NO2(包含干擾成分SO2、NH3)疊加吸收的光譜特征,建立了具有抗干擾能力的NOx濃度的回歸模型。同時(shí)研究了 NOx濃度預(yù)測(cè)模型的WPLS-VIP-ACO波長(zhǎng)選擇算法,對(duì)脈沖氙燈的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:波長(zhǎng)選擇后的NOx濃度反演值與樣本實(shí)際濃度的逼近度得到了提高。(4)基于便攜式機(jī)動(dòng)車尾氣NOx設(shè)計(jì)指標(biāo)要求,通過(guò)理論分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,設(shè)計(jì)了基于脈沖氙燈的機(jī)動(dòng)車尾氣排放NOx濃度檢測(cè)系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)了 NOx吸收光譜自適應(yīng)NIO-EEMD預(yù)處理、WPLS-NOx濃度反演及W-V-A波長(zhǎng)選擇算法軟件。(5)進(jìn)行了 NOx吸收光譜濃度檢測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用研究,包括儀器的標(biāo)定、與美國(guó)Sensors公司NOx檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)以及機(jī)動(dòng)車NOx排放外場(chǎng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:所研制的檢測(cè)樣機(jī)對(duì)NO、NO2的檢測(cè)精度達(dá)到±2%,量程 NO為 0～2500ppm,NO2 為 0～500ppm。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X734.2;X831
【圖文】：

化學(xué)發(fā)光不同于熒光或磷光，因?yàn)楣猱a(chǎn)生于化學(xué)反應(yīng)，而不是分子吸收逡逑光子［１５］。逡逑ＣＬＤ檢測(cè)儀器的工作原理如圖１．１所示。儀器使用熱穩(wěn)定的光電二極管測(cè)量逡逑ＮＯ與０３反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度，該反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的Ｎ0２邋（簡(jiǎn)稱Ｎ０２＊）逡逑２逡逑

同波長(zhǎng)處的光聲來(lái)記錄，該光譜可用于識(shí)別樣品的吸收組分。光聲效應(yīng)可用于研逡逑宄固體、液體和氣體逡逑用于氣體分析的光聲分光裝置結(jié)構(gòu)如圖１．２所示，紅外輻射經(jīng)過(guò)斬波器和濾逡逑光器后，光聚焦到ＰＡＳ單元的窗口上。斬波器是一個(gè)開(kāi)槽盤，濾光片是窄帶紅逡逑外干涉濾光片。通過(guò)窗口后，光束進(jìn)入ＰＡＳ單元。如果光的頻率與樣氣室內(nèi)中逡逑氣體的吸收帶重合，氣體分子將吸收部分光。細(xì)胞內(nèi)氣體濃度越高，吸收的光就逡逑越多。當(dāng)氣體吸收能量時(shí)，它被紅外輻射加熱并因此膨脹并引起壓力的上升。當(dāng)逡逑紅外輻射被斬波后使得氣室內(nèi)壓力交替地增大或減小，從而產(chǎn)生聲信號(hào)。聲學(xué)信逡逑號(hào)由高靈敏麥克風(fēng)檢測(cè)。逡逑由于ＰＡＳ技術(shù)必須將樣氣密封在測(cè)量氣室后才能進(jìn)行濃度檢測(cè)，因此是不逡逑能進(jìn)行連續(xù)原位在線監(jiān)測(cè)的。而且對(duì)于聲波使用的探測(cè)器由于靈敏度要求極高，逡逑造價(jià)昂貴

°■（義）邋＝邋ＫＷ邋＋邋＜＾＇Ｗ邋＋邋ｙ（又）邐（１．４）逡逑圖１．３示出了上述數(shù)據(jù)處理過(guò)程。邐逡逑：ｉ（ａ）逡逑Nx；］邐邐＇逡逑U澹跺澹赍危卞危懾危卞澹懾澹卞澹懾危у危懾危卞危″義閑酰蹋ǎ猓┕庠蔥藕佩危哄義希骸鰣義希哄義希

本文編號(hào)：2757745