CO气体泛频吸收的仿真设计

论文摘要

一氧化碳气体是一种无色、无味、不易被人察觉,且对人体健康具有致命危害的大气污染气体,主要来自于碳基燃料的不完全燃烧。对其进行高灵敏度的在线检测是备受关注的科学问题。解决这一问题的关键是确定CO气体检测的灵敏波长、可调谐激发光源和高灵敏度的检测方法。本文首先采用微扰理论对CO分子振动薛定谔方程进行了理论求解,得到了莫尔斯势下的振动波函数及对应的能级能量；由此计算了CO分子基频振动吸收与第一、第二泛频振动吸收的相对强度比,并依据CO分子的热分布原理,确定了各振动吸收带中的灵敏转动支的吸收波长和对应的谱线线型函数,为CO气体的泛频吸收检测提供了理论依据。依据Hitran数据库给出的CO和CO2气体的泛频振动吸收光谱数据,在CO和CO：兼顾测量情况下,CO气体吸收检测中心波长确定为第二泛频振动吸收带的P5支跃迁（1579.74nm）。利用Matlab中的Simulink动态仿真工具,建立了基于可调谐二极管激光吸收光谱气体检测系统的仿真模型。该仿真模型包括：波长可调谐二极管激光光源模块、样品气体气室模块和二次谐波数据检测模块,三模块有机的结合就构成了本研究的仿真系统。利用该仿真系统,可以系统的模拟可调谐二极管激光器的波长调谐、待测样品气体吸收、二次谐波数据的获得和整体二次谐波最小二乘法数据处理过程,最后得到二次谐波的反演CO气体浓度。仿真结果与预置值完全相等,从理论上验证了整体二次谐波最小二乘法数据处理算法应用于痕量气体检测的可行性。为了进一步验证整体二次谐波最小二乘法数据处理算法的正确性,采用激光气体分析仪（纳斯克仪表公司,SP-Ⅱ型）,对六种已知CO浓度的样品气体进行了二次谐波实验检测,并对所得二次谐波数据进行了整体二次谐波最小二乘法数据处理,得到了反演浓度与实际浓度符合的很好的实验结果,证实了整体二次谐波最小二乘法数据处理方法的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 第2章 CO分子的泛频吸收
• 2.1 CO吸收谱线谱线相对吸收强度
• 2.1.1 理论处理
• 2.1.2 CO分子的泛频吸收
• 2.2 CO气体吸收光谱检测的中心波长确定
• 2.3 本章小结
• 第3章 CO泛频吸收测量的系统仿真
• 3.1 TDLAS痕量气体方法
• 3.1.1 TDLAS方法检测原理
• 3.2 检测信号的反演处理
• 3.3 Simulink仿真
• 3.3.1 Simulink仿真环境
• 3.3.2 仿真模型的一般性结构
• 3.3.3 系统模块建立
• 3.3.4 仿真参数设置
• 3.3.5 子系统的封装（Masking）
• 3.3.6 TDLAS系统的原理
• 3.3.7 系统仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 数据处理算法的实验验证
• 4.1 实验装置
• 4.2 实验过程
• 4.3 本章小结
• 第5章 结束语
• 参考文献
• 致谢