基于TDLAS技术的痕量气体乙烯的检测分析系统-仪器科学与技术专业论文.docxVIP

Classified Index: TD76 U.D.C.: 621.3 Dissertation for the Master Degree in Engineering TESTING AND ANALYSIS SYSTEM FOR TRACE ETHYLENE BASED ON TDLAS TECHNOLOGY Candidate： Chen Yingying Supervisor： Associate Prof. Sun Bing Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Instrument Science and Technology Affiliation： Department of Automatic Test and Control Date of Defence： June, 2011 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 要 由于近年来工业的快速发展，导致我国大气污染现状非常严峻，而国家对于 环境保护也日趋重视，针对气体污染物排放的监测，特别是对痕量气体的监测受 到越来越多的关注，而且工业生产安全也急需要检测各种危险、易燃、易爆的痕 量气体。但是目前，传统化学式测量方法在精度和速度都难以满足对痕量气体的 检测，而光学非接触式的气体检测技术却可以弥补这些缺点，因此近年来发展十 分迅速。其中基于可调谐二极管激光吸收光谱学(TDLAS)的气体检测技术以其无需 预采样，精度高，响应快，多参数同时检测，无需手动标定等优势，成为了现在 实时在线检测气体方法中发展最为快速的一种，特别是在有害的痕量气体的测量 上有广泛的发展前景。本文研究的主要目的是检测在井下的痕量气体乙烯的浓度， 同时通过改变光源本系统可以适用于其他痕量气体的检测，对痕量气体浓度检测 有普遍借鉴价值。 本系统选择将 TDLAS 技术中波长调制光谱学技术与长光程气体吸收池相结 合的方法，使得系统可以达到很高的精度。特别是针对痕量气体弱信号的检测， 采用二次谐波检测和棱镜反射式长光程池的方法进行检测，得到很好的效果。并 且通过对红外吸收光谱学的理论推导，选择实验时的最佳参数，如谐波检测的次 数，调制深度，气室压强等；在实验时也通过实验论证了这些数据，并通过实验 得到可调谐二极管激光的最佳工作条件，其中的实验方法对其他类似的系统都有 一定的借鉴意义。同时与其他同类原理设计的仪器不同的是对谐波检测用到的锁 相放大器、信号发生器、倍频电路等进行了模块化的处理，减小了系统的体积、 成本和精度，在便携式方向有一定借鉴意义，在气室设计和激光准直器设计上也 有所改进。最后在获得实验数据后，对数据进行降噪预处理，有效减少了背景噪 声的干扰和其他噪声产生的干扰，进一步提高了系统的准确度和灵敏度，在计算 浓度上采用提取单吸收谱线信号进行线性拟合进行浓度反演，其上位机软件采用 LabVIEW 图形化的软件进行设计。 关键词：痕量气体检测；谐波检测；LabVIEW；可调谐二极管激光吸收光谱学 Abstract In recent years, rapid development has made Chinas air pollution seriously, and the state also paid much more attention to the developing of gas pollutant detecting, especially for the trace gases. And there is also an urgent demand to test all kinds of dangerous, flammable, explosive trace gases for industrial production safety. Such as chemical measurement, accuracy and speed of traditional methods are hard to meet the detection of trace gases. But now the non-contact optical techniques for trace gases detection are developing very rapidly because of making up for these shortcomings in recent years. And gas detection technology based on tunable dio