基于TDLAS技術(shù)甲烷氣體檢測的溫度補(bǔ)償研究

【摘要】：甲烷作為天然氣的主要成分,其易燃易爆的特性給工業(yè)和日常生活造成了很大的潛在危險,因此甲烷氣體的高精度原位測量對工業(yè)和生活安全、環(huán)境保護(hù)都具有重要的意義。目前,TDLAS(可調(diào)諧激光二極管光譜吸收)技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)高精度甲烷氣體原位測量最重要的技術(shù)之一,不過,對于該技術(shù),氣體溫度的變化對檢測結(jié)果的影響已成為制約其發(fā)展的主要因素之一,因此設(shè)計高精度、穩(wěn)定性好、易實(shí)現(xiàn)的溫度補(bǔ)償算法是急需解決的關(guān)鍵問題,本論文提出了一種在不測量氣體溫度前提下的二次諧波溫度自補(bǔ)償算法。 本論文通過討論TDLAS技術(shù)基礎(chǔ)理論,確定1.65um為甲烷氣體檢測的中心波長,結(jié)合波長調(diào)制和諧波檢測技術(shù)提高檢測精度,證明了TDLAS系統(tǒng)的可行性。論文還討論了溫度對TDLAS系統(tǒng)的影響,建立含有溫度影響因素的TDLAS模型,分析溫度變化造成的主要諧波波形的變化和檢測結(jié)果的偏差。最后,對TDLAS系統(tǒng)中的主要參數(shù)進(jìn)行分析,確定了溫度補(bǔ)償方法：在不測量氣體溫度的前提下,通過采用過零點(diǎn)作為特征點(diǎn)進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?降低系統(tǒng)響應(yīng)對氣體溫度的依賴性,提高檢測精度。 本文在理論十,建立了溫度補(bǔ)償?shù)哪Ｐ?在-10～60℃范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)了二次諧波中心峰值變化在10℃級別以內(nèi),二次諧波中心峰值對溫度依賴性減小17.5倍。在測試樣機(jī)上對模型進(jìn)行測試,結(jié)果表明該模型具有一定的溫度補(bǔ)償效果,且算法易實(shí)現(xiàn)、穩(wěn)定性好。 【關(guān)鍵詞】：可調(diào)諧二極管激光光譜技術(shù) 甲烷 溫度補(bǔ)償
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TN247
【目錄】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 課題研究背景和意義10-12
• 1.1.1 課題研究背景10-11
• 1.1.2 課題研究的意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 TDLAS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 溫度補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.3 內(nèi)容和要求14-16
• 1.3.1 主要內(nèi)容14-15
• 1.3.2 設(shè)計要求15-16
• 第二章 TDLAS技術(shù)氣體檢測的原理16-32
• 2.1 TDLAS技術(shù)光譜吸收原理16-22
• 2.1.1 氣體分子選擇性吸收原理16-17
• 2.1.2 朗伯-比爾定律17-18
• 2.1.3 吸收線型展寬18-22
• 2.2 甲烷吸收譜線22-26
• 2.2.1 紅外光譜23-24
• 2.2.2 甲烷光譜24-26
• 2.3 波長調(diào)制技術(shù)和諧波檢測技術(shù)26-32
• 2.3.1 波長調(diào)制光潛學(xué)技術(shù)(WMS)26-28
• 2.3.2 諧波檢測技術(shù)28-32
• 第三章 基于TDLAS技術(shù)甲烷氣體檢測模型32-46
• 3.1 基于TDLAS技術(shù)甲烷氣體檢測系統(tǒng)簡介32-38
• 3.1.1 溫度對電路部分影響33-35
• 3.1.2 溫度對光路部分影響35-38
• 3.2 溫度對TDLAS系統(tǒng)影響機(jī)理38-46
• 3.2.1 線型函數(shù)比較38-41
• 3.2.2 TDLAS模型41-46
• 第四章 溫度補(bǔ)償算法研究46-54
• 4.1 溫度補(bǔ)償參數(shù)研究46-49
• 4.1.1 調(diào)制幅度系數(shù)46-47
• 4.1.2 過零點(diǎn)分析47-49
• 4.2 溫度補(bǔ)償模型49-54
• 第五章 系統(tǒng)測試54-58
• 5.1 測試系統(tǒng)簡介54-55
• 5.2 測試結(jié)果與分析55-58
• 5.2.1 常溫測試55-56
• 5.2.2 變溫測試56-58
• 第六章 結(jié)論58-60
• 6.1 工作總結(jié)58
• 6.2 不足與展望58-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 致謝64-65
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況65-66
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表66

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