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车载激光天然气泄漏检测系统应用研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-19 08:11:42
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车载激光天然气泄漏检测系统应用研究【摘要】:近年来,我国天然气产业快速发展,天然气泄漏检测技术是涉及储运安全的重要监控和评估手段。基于光谱吸收技术的车载天然气检测装置,为更有效更精

【摘要】:近年来,我国天然气产业快速发展,天然气泄漏检测技术是涉及储运安全的重要监控和评估手段。基于光谱吸收技术的车载天然气检测装置,为更有效更精确的发现泄漏事件、确认问题管线提供了新的技术手段。 课题基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS, Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)设计并实现了车载天然气泄漏检测系统,并对其检测性能进行了初步评估。主要的研究工作有: 设计并实现光电检测子系统,研究激光器的调制波形驱动与检测光束的谐波信号提取方法。在可编程逻辑器件平台上实现了全数字的调制波形生成与正交解调;设计激光器的电流驱动,检测用跨阻放大器等模拟信号链路;设计温度控制装置,为激光器提供波动在毫度量级的恒温性能。 设计制定车载系统的数据及传输协议,基于RS232底层实现了多主机协同操作的令牌结构通信协议(UDP)。基于PC设计可编程测试系统(PTS),并为课题开发了一套用于测试的监本语言(CTS),借助MATLAB Engine实现了数据的高级运算及可视化。 使用光纤准直、扩束和聚焦透镜结构,设计lm对射掠扫式检测探头,整合光路结构、检测电路与数据分析模块,在实验车辆上完成系统部署。在室外条件进行了20km/h和60km/h车速下的甲烷气团检测实验,实现了低于3ppm的检测限并在实验中正确检出了泄漏气体。 【关键词】:天然气泄漏检测 车载系统 可调谐半导体激光吸收光谱
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TP274;TN248
【目录】:
  • 摘要8-9
  • ABSTRACT9-10
  • 第一章 绪论10-16
  • 1.1 天然气在中国10
  • 1.2 天然气泄漏检测技术10-13
  • 1.2.1 火焰离子检测11
  • 1.2.2 催化燃烧检测11-12
  • 1.2.3 吸收光谱检测12-13
  • 1.3 车载天然气泄漏检测系统13-15
  • 1.3.1 国外研究现状13-14
  • 1.3.2 国内研究及应用情况14-15
  • 1.4 课题研究内容15-16
  • 第二章 关键技术与系统结构16-21
  • 2.1 可调谐半导体激光吸收光谱16-19
  • 2.1.1 浓度表征16-19
  • 2.1.2 吸收线选择19
  • 2.2 车载系统结构19-20
  • 2.3 本章小结20-21
  • 第三章 光电检测子系统21-30
  • 3.1 调制波形产生与同步解调21-25
  • 3.1.1 调制波形生成21-23
  • 3.1.2 正交解调23-25
  • 3.2 模拟信号链25-26
  • 3.2.1 激光器驱动25-26
  • 3.2.2 跨阻放大器26
  • 3.3 温度控制系统26-29
  • 3.3.1 温度采集与PID控制27
  • 3.3.2 TEC驱动器27-28
  • 3.3.3 温度控制系统性能测试28-29
  • 3.4 本章小结29-30
  • 第四章 数据处理子系统30-41
  • 4.1 数据组织与通信机制31-33
  • 4.1.1 通用数据格式31-32
  • 4.1.2 通用数据协议32-33
  • 4.2 可编程测试系统33-40
  • 4.2.1 CTS语言34-37
  • 4.2.2 外部计算模块37-38
  • 4.2.3 数据处理与显示38-40
  • 4.3 本章小结40-41
  • 第五章 系统装配与性能评估41-50
  • 5.1 光学子系统41-43
  • 5.1.1 对射式1m开放光路41-43
  • 5.1.2 车载结构装配43
  • 5.2 性能评估43-49
  • 5.2.1 检测本底测试44-45
  • 5.2.2 定浓度气体实验45-46
  • 5.2.3 现场车载实验46-49
  • 5.3 本章小结49-50
  • 第六章 结论50-51
  • 6.1 全文总结50
  • 6.2 不足与展望50-51
  • 附录51-53
  • 参考文献53-56
  • 致谢56-57
  • 攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况57-58
  • 学位论文评阅及答辩情况表58


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