基于TDLAS技术甲烷气体检测的温度补偿研究

【摘要】：甲烷作为天然气的主要成分,其易燃易爆的特性给工业和日常生活造成了很大的潜在危险,因此甲烷气体的高精度原位测量对工业和生活安全、环境保护都具有重要的意义。目前,TDLAS(可调谐激光二极管光谱吸收)技术已成为实现高精度甲烷气体原位测量最重要的技术之一,不过,对于该技术,气体温度的变化对检测结果的影响已成为制约其发展的主要因素之一,因此设计高精度、稳定性好、易实现的温度补偿算法是急需解决的关键问题,本论文提出了一种在不测量气体温度前提下的二次谐波温度自补偿算法。 本论文通过讨论TDLAS技术基础理论,确定1.65um为甲烷气体检测的中心波长,结合波长调制和谐波检测技术提高检测精度,证明了TDLAS系统的可行性。论文还讨论了温度对TDLAS系统的影响,建立含有温度影响因素的TDLAS模型,分析温度变化造成的主要谐波波形的变化和检测结果的偏差。最后,对TDLAS系统中的主要参数进行分析,确定了温度补偿方法：在不测量气体温度的前提下,通过采用过零点作为特征点进行温度补偿的方法,降低系统响应对气体温度的依赖性,提高检测精度。 本文在理论十,建立了温度补偿的模型,在-10～60℃范围内,实现了二次谐波中心峰值变化在10℃级别以内,二次谐波中心峰值对温度依赖性减小17.5倍。在测试样机上对模型进行测试,结果表明该模型具有一定的温度补偿效果,且算法易实现、稳定性好。 【关键词】：可调谐二极管激光光谱技术 甲烷 温度补偿
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TN247
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景和意义10-12
• 1.1.1 课题研究背景10-11
• 1.1.2 课题研究的意义11-12
• 1.2 国内外发展现状12-14
• 1.2.1 TDLAS技术发展现状12-13
• 1.2.2 温度补偿的发展现状13-14
• 1.3 内容和要求14-16
• 1.3.1 主要内容14-15
• 1.3.2 设计要求15-16
• 第二章 TDLAS技术气体检测的原理16-32
• 2.1 TDLAS技术光谱吸收原理16-22
• 2.1.1 气体分子选择性吸收原理16-17
• 2.1.2 朗伯-比尔定律17-18
• 2.1.3 吸收线型展宽18-22
• 2.2 甲烷吸收谱线22-26
• 2.2.1 红外光谱23-24
• 2.2.2 甲烷光谱24-26
• 2.3 波长调制技术和谐波检测技术26-32
• 2.3.1 波长调制光潜学技术(WMS)26-28
• 2.3.2 谐波检测技术28-32
• 第三章 基于TDLAS技术甲烷气体检测模型32-46
• 3.1 基于TDLAS技术甲烷气体检测系统简介32-38
• 3.1.1 温度对电路部分影响33-35
• 3.1.2 温度对光路部分影响35-38
• 3.2 温度对TDLAS系统影响机理38-46
• 3.2.1 线型函数比较38-41
• 3.2.2 TDLAS模型41-46
• 第四章 温度补偿算法研究46-54
• 4.1 温度补偿参数研究46-49
• 4.1.1 调制幅度系数46-47
• 4.1.2 过零点分析47-49
• 4.2 温度补偿模型49-54
• 第五章 系统测试54-58
• 5.1 测试系统简介54-55
• 5.2 测试结果与分析55-58
• 5.2.1 常温测试55-56
• 5.2.2 变温测试56-58
• 第六章 结论58-60
• 6.1 工作总结58
• 6.2 不足与展望58-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-65
• 攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况65-66
• 学位论文评阅及答辩情况表66

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