一種實時空間甲烷檢測系統(tǒng)的研究

【摘要】：甲烷是一種無色無味的氣體,它是沼氣、天然氣等的主要成分。在民用和工業(yè)領(lǐng)域中甲烷是主要的氣體燃料和重要的化工原料。同時,也是石油、石化生產(chǎn)過程中的一種主要中間產(chǎn)品。而甲烷是易燃易爆氣體,對甲烷氣體進行快速、準確的檢測和預(yù)警,對于保護生產(chǎn)生活安全具有十分重要的意義。另外,大氣中的甲烷是一種溫室效應(yīng)氣體,甲烷對溫室效應(yīng)的貢獻遠大于人們所熟悉的二氧化碳,對近地面空間中甲烷含量精確的檢測是分析大氣中甲烷來源的前提與基礎(chǔ),因此,空間中甲烷氣體檢測的研究是十分必要的。首先,本文研究了常用氣體檢測技術(shù)的原理與特點,主要包括:超聲波氣體檢測技術(shù)、電化學檢測技術(shù)、半導(dǎo)體氣體檢測技術(shù)、熱傳導(dǎo)氣體檢測技術(shù)、催化燃燒檢測技術(shù)、氣相色譜檢測技術(shù)等非光學氣體檢測技術(shù)和基于相干光干涉的氣體檢測技術(shù)、基于吸收光譜的氣體檢測技術(shù)等光學氣體檢測技術(shù)。通過比較,得出結(jié)論:基于吸收光譜的氣體檢測技術(shù)具有選擇性好、靈敏度高、響應(yīng)速度快、不易受氣體影響而中毒、老化等特點,是空間甲烷檢測的理想選擇。其次,從分子吸收光譜理論著手,研究了分子吸收光譜機理、朗伯-比爾定律、光譜吸收測量氣體濃度方法,并根基HITRAN數(shù)據(jù)庫中的氣體分子吸收參數(shù)數(shù)據(jù),確定了甲烷位于1653.72 nm處的吸收線為適合本系統(tǒng)的最佳檢測波長,并確定了吸收線的相關(guān)參數(shù)?；诶碚撗芯?提出了一種立體網(wǎng)格式甲烷檢測方法,通過對開放性空間分層精細化劃分,布置傳感器,不僅實現(xiàn)了對空間內(nèi)甲烷氣體實時、準確的探測與定位,而且大大減少了傳感器的使用數(shù)量,當泄漏發(fā)生時該檢測方法可及時發(fā)現(xiàn)泄漏點,對于保護生產(chǎn)生活安全具有十分重要的意義。最后,完成了檢測系統(tǒng)中關(guān)鍵器件的選型和電路設(shè)計,包括激光器驅(qū)動電路、三角波電路、光電探測器前置放大電路等,實現(xiàn)了基于可調(diào)諧激光二極管甲烷檢測系統(tǒng)的硬件部分,并提出了下一步研究計劃。 【關(guān)鍵詞】：TDLAS 甲烷檢測 空間定位 吸收光譜 傳感器
【學位授予單位】：大連工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP274
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 需求分析10-12
• 1.2.1 生產(chǎn)安全10-11
• 1.2.2 環(huán)境保護11
• 1.2.3 生活安全11-12
• 1.3 研究內(nèi)容在該領(lǐng)域的水平和發(fā)展動態(tài)12-13
• 1.4 研究意義13
• 1.5 主要工作及論文結(jié)構(gòu)13-15
• 第二章 應(yīng)用環(huán)境與技術(shù)背景15-24
• 2.1 系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境15-16
• 2.2 現(xiàn)有氣體檢測技術(shù)16-22
• 2.2.1 非光學氣體檢測技術(shù)17-19
• 2.2.2 光學氣體檢測技術(shù)19-22
• 2.3 小結(jié)22-24
• 第三章 立體網(wǎng)格化檢測方法提案24-38
• 3.1 檢測功能要求與檢測技術(shù)選擇24-25
• 3.1.1 檢測功能要求24-25
• 3.1.2 檢測技術(shù)選擇25
• 3.2 檢測技術(shù)理論基礎(chǔ)25-32
• 3.2.1 分子吸收光譜理論25-27
• 3.2.2 朗伯-比爾定律27-28
• 3.2.3 譜線選擇28-30
• 3.2.4 掃描檢測方法30-32
• 3.3 空間檢測方法提案32-37
• 3.3.1 空間網(wǎng)格化檢測與漏點定位32-34
• 3.3.2 掃描檢測34-36
• 3.3.3 定位精度分析技術(shù)優(yōu)勢比較36-37
• 3.4 小結(jié)37-38
• 第四章 硬件設(shè)計38-51
• 4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)38
• 4.2 光源選擇38-41
• 4.3 驅(qū)動電路41-46
• 4.3.1 光源驅(qū)動電路的設(shè)計41-43
• 4.3.2 三角波發(fā)生電路的設(shè)計43-45
• 4.3.3 溫控電路的設(shè)計45-46
• 4.4 光電探測器電路46-50
• 4.4.1 光電探測器的選擇46-47
• 4.4.2 前置放大電路47-50
• 4.5 小結(jié)50-51
• 第五章 結(jié)論51-53
• 5.1 全文總結(jié)51
• 5.2 下一步研究展望51-53
• 參考文獻53-56
• 致謝56-57
• 碩士期間取得的成果57-58
• 附錄A 激光器波長與電流溫度關(guān)系58-59
• 附錄B 光電二極管光譜響應(yīng)度59-60

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