近年來全球大氣污染問題日益嚴峻,大氣中的NOx及NH3是二次細顆粒物的主要前體物,對霧霾的形成具有重要作用。NOx及NH3是空氣質量的重要指標,其精確的源匯變化與空間分布數(shù)據對氣象觀測及人類生產生活具有積極的指導作用。當下,滿足大氣環(huán)境條件下NOx及NH3的精確快速的檢測技術仍然有待探索。本文深入研究了中紅外可調諧半導體激光波長調制光譜（Wavelength Modulation Spectroscopy,WMS）技術。WMS具有高選擇,高分辨率及快速響應等特點,WMS進一步提高檢測頻率來減小低頻噪聲,結合日趨成熟的量子級聯(lián)激光器（Quantum Cascade Laser,QCL）,可以拓寬光譜范圍實現(xiàn)待測氣體分子強吸收譜線的測量,極大地提高氣體濃度測量下限,滿足環(huán)境大氣測量需求。本文深入研究了 NOx及NH3的中紅外波段吸收譜線,分別選取了 NO、NO2及NH3位于1900.0 cm-1 1600.0 cm-1以及1103.4 cm-1處的強吸收譜線。模擬計算了大氣環(huán)境下選擇譜線處的吸收光譜和二次諧波信號,定量地分析了 H2O及CO2對目標氣體的影響。大氣中H2O及CO2短期濃度波... 

【文章頁數(shù)】：110 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 研究背景與意義
    1.2 NO_2及NH_3檢測技術
    1.3 基于中紅外吸收光譜NO_x及NH_3檢測技術研究現(xiàn)狀
    1.4 本文研究內容
第2章 激光吸收光譜技術原理
    2.1 吸收光譜原理
    2.2 直接吸收光譜技術
    2.3 波長調制光譜技術
        2.3.1 波長調制光譜技術理論分析
        2.3.2 波長調制光譜技術標定方法分析
    2.4 本章小結
第3章 基于中紅外DFB-QCL的NO_x/NH_3檢測系統(tǒng)設計
    3.1 測量系統(tǒng)整體方案設計
    3.2 NO_x/ NH_3測量目標譜線選擇及QCL選擇
    3.3 電子學系統(tǒng)設計
        3.3.1 QCL電流源電路
        3.3.2 QCL溫控電路
        3.3.3 二級制冷與溫度監(jiān)測電路
        3.3.4 微弱信號檢測與數(shù)據采集模塊
    3.4 光機結構設計
        3.4.1 多光束合束系統(tǒng)
        3.4.2 開放式多次反射池
    3.5 基于Labview的濃度反演軟件設計
    3.6 本章小結
第4章 系統(tǒng)性能測試與優(yōu)化
    4.1 系統(tǒng)參數(shù)測試優(yōu)化
        4.1.1 調制解調參數(shù)優(yōu)化
        4.1.2 激光器頻率響應測試
        4.1.3 系統(tǒng)標定
        4.1.4 系統(tǒng)波長穩(wěn)定性優(yōu)化
    4.2 系統(tǒng)性能測試
        4.2.1 系統(tǒng)Allan方差分析
        4.2.2 零點漂移,量程漂移測試
        4.2.3 示值誤差測試
        4.2.4 重復性測試
        4.2.5 穩(wěn)定性測試
    4.3 本章小結
第5章 外場實驗研究
    5.1 環(huán)境空氣中NO_x及NH_3連續(xù)測量結果與對比分析
    5.2 合肥環(huán)線走航檢測分析
    5.3 本章小結
第6章 總結
    6.1 總結
    6.2 創(chuàng)新點
參考文獻
致謝
在學期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]光腔衰蕩光譜技術應用于痕量氣體檢測的研究進展[J]. 王曉華,王凱迪,余錦,賈慧民,貊澤強,王金舵,唐吉龍,方鉉,魏志鵬.  科學技術與工程. 2017(14)
[2]光腔衰蕩光譜技術用于OH濃度測量的誤差分析[J]. 涂曉波,陳爽,蘇鐵,母金河,楊富榮.  紅外與激光工程. 2017(02)
[3]5.2μm量子級聯(lián)激光器光腔衰蕩光譜技術的痕量水汽檢測[J]. 周勝,韓艷玲,李斌成.  光譜學與光譜分析. 2016(12)
[4]氧化鎢基室溫氣敏傳感器的研究進展[J]. 尤佳駿,耿欣,吳雨晴,張超.  電子元件與材料. 2016(10)
[5]Analysis of algebraic reconstruction technique for accurate imaging of gas temperature and concentration based on tunable diode laser absorption spectroscopy[J]. 夏暉暉,闞瑞峰,劉建國,許振宇,何亞柏.  Chinese Physics B. 2016(06)
[6]三氧化鎢納米材料在二氧化氮氣敏傳感器中的研究進展[J]. 閆愛華,李臻,蔡小平,馮昊,趙輝,黃飛.  材料導報. 2015(21)
[7]紫外分光光度法測定氮基三亞甲基膦酸氮氧化物的含量[J]. 谷倩倩,程終發(fā),齊曉婧,高燦柱.  工業(yè)水處理. 2015(03)
[8]差分吸收激光雷達監(jiān)測北京灰霾天臭氧時空分布特征[J]. 范廣強,張?zhí)焓?付毅賓,董云升,陳臻懿,劉建國,劉文清.  中國激光. 2014(10)
[9]基于差分吸收光譜技術的NH3濃度反演算法研究[J]. 朱靳,孫冬梅,陳玲.  光學學報. 2013(02)
[10]被動多軸差分吸收光譜技術監(jiān)測大氣NO2垂直廓線研究[J]. 周海金,劉文清,司福祺,謝品華,徐晉,竇科.  光學學報. 2011(11)

博士論文
[1]基于激光吸收光譜的主要人為氨排放源在線檢測技術與應用研究[D]. 何瑩.中國科學技術大學 2017

碩士論文
[1]化學發(fā)光法大氣NOx監(jiān)測儀器系統(tǒng)優(yōu)化設計[D]. 艾錦云.華南師范大學 2004



本文編號：3719810