基于TDLAS的甲烷氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

【摘要】：隨著環(huán)境的不斷惡化，人類已經(jīng)逐步意識(shí)到保護(hù)環(huán)境的重要性和必要性。甲烷作為繼二氧化碳之后對(duì)地球溫室效應(yīng)具有重大影響的氣體，雖然在空氣中的含量遠(yuǎn)低于CO2的含量，但溫室效應(yīng)有26%是由于甲烷引起的，等量的甲烷對(duì)溫室效應(yīng)的作用是CO2的22倍。因此，實(shí)現(xiàn)甲烷氣體濃度的實(shí)時(shí)在線測(cè)量對(duì)保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）由于具有高分辨率、高靈敏度和良好選擇性等特點(diǎn)，使之成為痕量氣體快速、在線分析的有效方法之一，尤以其中的波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)在大氣化學(xué)研究和污染氣體監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中得到了實(shí)際應(yīng)用。本系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容如下： （1）分析了TDLAS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及其應(yīng)用于甲烷氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的可行性。 （2）討論了分子吸收光譜學(xué)的基本原理和TDLAS技術(shù)具體的實(shí)現(xiàn)方法，并著重闡述了波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)與二次諧波檢測(cè)技術(shù)的工作原理。 （3）介紹了甲烷氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成，包括器件選擇和對(duì)相關(guān)模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，如掃描電路與調(diào)制電路、光電檢測(cè)電路、鎖相放大電路、信號(hào)采集電路等。 （4）介紹系統(tǒng)的總體軟件設(shè)計(jì)，分析系統(tǒng)的噪聲來(lái)源，討論了濃度反演方 法和濾波算法的實(shí)現(xiàn)。 【關(guān)鍵詞】：可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù) 波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù) 二次諧波檢測(cè)技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP274
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-17
• 1.1 痕量氣體檢測(cè)中的光譜學(xué)技術(shù)14-15
• 1.2 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)15
• 1.3 論文的主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 第二章 TDLAS 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)原理17-28
• 2.1 甲烷氣體的分子吸收光譜17-23
• 2.1.1 分子結(jié)構(gòu)與分子吸收光譜17-19
• 2.1.2 吸收光譜的線強(qiáng)和線型19-21
• 2.1.3 甲烷氣體的吸收線21-23
• 2.2 可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)原理23-26
• 2.2.1 直接吸收光譜技術(shù)23-24
• 2.2.2 波長(zhǎng)調(diào)制-二次諧波檢測(cè)技術(shù)24-26
• 2.3 本章小結(jié)26-28
• 第三章 甲烷氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)28-56
• 3.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)28
• 3.2 光源及光源驅(qū)動(dòng)28-31
• 3.2.1 光源的選擇29-30
• 3.2.2 激光驅(qū)動(dòng)器30-31
• 3.3 調(diào)制信號(hào)源31-40
• 3.3.1 鋸齒波掃描電路32-35
• 3.3.2 正弦波調(diào)制電路35-40
• 3.4 氣室單元40-42
• 3.5 光電轉(zhuǎn)換電路42-45
• 3.5.1 光電探測(cè)器42-43
• 3.5.2 前置放大及帶通濾波電路43-45
• 3.6 二次諧波信號(hào)的提取45-53
• 3.6.1 鎖相放大器的原理46-48
• 3.6.2 鎖相放大電路的設(shè)計(jì)48-50
• 3.6.3 二倍頻信號(hào)的產(chǎn)生電路50-53
• 3.7 信號(hào)采集電路53-55
• 3.8 本章小結(jié)55-56
• 第四章 數(shù)據(jù)處理與濃度反演56-63
• 4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)56-57
• 4.1.1 系統(tǒng)的總體軟件設(shè)計(jì)56
• 4.1.2 數(shù)據(jù)處理軟件的設(shè)計(jì)56-57
• 4.2 系統(tǒng)噪聲分析57-60
• 4.2.1 系統(tǒng)的噪聲源57-58
• 4.2.2 背景扣除58-60
• 4.3 濃度反演與改進(jìn)60-62
• 4.3.1 濃度反演算法60-61
• 4.3.2 平均濾波算法61-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 第五章 結(jié)束語(yǔ)63-64
• 參考文獻(xiàn)64-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文67-68

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