基于积分球算法的有害气体检测技术研究

论文摘要

煤炭目前是我国大量使用的主要能源,但是我国的大多数煤矿企业在生产过程中不可避免的产生各种有毒气体,这些有毒气体确成为了大气中重要的污染源,大量如一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)等严重威胁着人类的健康和安全。实时准确的检测煤炭生产过程中产生的有害气体十分重要。所以,能够实时、准确地检测此类气体浓度对保障生产、生活安全及环境监测有着十分重要的意义。近年来,基于气体的红外吸收理论,已经有多种气体浓度检测系统,但在气体吸收系数测定、温度变化对光源光功率和波长的影响等问题上没有得到很好解决。本文采用积分球结构的新式吸收气室当作气体传感器的核心元件,提出一种新的积分球算法用于气体体积分数检测的方法。本系统采用光纤光栅和压电陶瓷相结合对LED光源进行波长调制,就可以获得与待测气体中心波长相对应的光源射入装有一定体积分数气体的积分球内,由于气体对入射光的选择性吸收及积分球壁的衰减作用,光强减弱,利用积分球算法算出非测量气体下积分球的衰减率,进而求出由于气体吸收而衰减的光强差,最后计算出气体体积分数,为气体体积分数检测提供了一种新方法。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 课题研究背景及目的
• 1.2 课题研究主要内容及应用前景
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本章小结
• 2 气体浓度检测方法概述
• 2.1 化学气敏检测法
• 2.2 光谱检测法
• 2.2.1 荧光光谱检测法
• 2.2.2 光谱吸收检测法
• 2.3 气相色谱分析法
• 2.4 本章小结
• 3 光谱吸收型气体分子传感理论
• 3.1 气体分子的选择吸收特性
• 3.2 双原子分子振动转动光谱
• 3.2.1 双原子分子的振动能量
• 3.2.2 双原子分子的转动能量
• 3.2.3 双原子分子的振动转动光谱
• 3.2.4 CO 的红外吸收光谱
• 3.3 多原子分子振动转动光谱
• 3.3.1 多原子分子的振动
• 3.3.2 多原子分子的转动
• 3.3.3 甲烷分子的红外光谱
• 3.3.4 二氧化碳分子的红外光谱
• 3.4 气体分子吸收线形和线宽分析
• 3.5 气体分子吸收谱线的强度分布
• 3.6 本章小结
• 4 光谱吸收型气体检测原理及方法
• 4.1 吸收式光纤传感器工作原理
• 4.2 光纤光栅用于气体浓度检测技术研究
• 4.2.1 光纤光栅的光学特性
• 4.3 LED 宽带光源用于气体浓度检测
• 4.4 新式积分球气室
• 4.4.1 理想积分球
• 4.4.2 非理想积分球
• 4.5 漫辐射源辐射特性和朗伯余弦定律
• 4.5.1 漫辐射源辐射特性
• 4.5.2 朗伯余弦定律
• 4.5.3 辐照度E
• 4.6 本章小结
• 5 多气体传感系统及关键技术研究
• 5.1 光源选择
• 5.2 光源驱动系统设计
• 5.2.1 振荡源电路
• 5.2.2 压电陶瓷驱动电路
• 5.3 气室结构
• 5.4 光电探测器的选择
• 5.5 微弱信号锁相放大处理
• 5.6 模拟信号数字化
• 5.7 气体检测算法
• 5.8 气体检测系统设计
• 5.9 本章小结
• 6 多气体传感系统实验研究
• 6.1 系统的初步定标
• 6.2 气体吸收实验
• 6.3 气体检测重复性实验
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集