一种基于全光谱烟气检测分析系统的研制

发布时间：2020-08-02 22:25

【摘要】：环境污染问题在近些年越来越引起全世界的广泛关注,在各种环境污染中大气污染尤为突出。随着当前社会各领域的高速发展,大气中的各类有毒有害气体的种类及含量日益增多。为了有效的预防、控制及治理各种大气的污染源头,如何精准的检测出各种大气污染物的含量成为了非常重要且急迫的问题。本文利用了差分吸收光谱法的相关理论和技术,根据大气中硫化物和氮化物在紫外波段范围内对光谱分子的吸收特性,以及对应的理论和算法,设计了大气质量在线连续监测系统,用于检测和测量各类污染气体浓度,以便更好地监控现场工业过程和环境的污染变化情况。本文介绍了非色散红外气体检测法、分光光度法、可调谐二极管激光光谱学、光声光谱等各类气体检测技术。介绍了各种技术的基础知识及其前沿发展动态,依据相关数据,我们还对不同的技术性能进行了比较,并且从中得出一些结论。并对基于紫外差分吸收光谱技术的气体分析仪的原理和实现方法进行了详细的探讨。本文比较了不同原理的各种监测方法,结合实际情况提出了基于差分吸收光谱分析法来测量气体组分及其浓度的方案,同时给出一种基于全光谱烟气检测分析系统的整体设计方案,同时对其基本原理进行了重点介绍,详细介绍了各系统的各个模块,并对整个系统进行测试以验证是否达到设计规格要求。本系统对硬件、软件、结构等领域的设计做了性能优化,实现了快速、精准的数据采集;在算法上对Lambert-Beer定律进行了优化,消除了Rayleigh散射和Mie散射对测量结果的影响,实现了精确、快速、实时地检测污染气体的成分组成及其浓度的目的。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X831
【图文】：

吸收光谱,气体,数据,标准大气压

ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋／邋｜ｉｍ逡逑图１．１五种常见气体在中红外区的吸收光谱（来自ＰＮＮＬ数据）逡逑在标准大气压中，单一气体具有一个洛伦兹力，对应的公式为：逡逑ａ邋＝邋ｃｍ0，Ｓ—ＴＴｒ（１－４）逡逑ｎ｛ｙ邋＋（ｖ－ｖ０））逡逑上式中：逡逑Ｃｍｄ代表的是一个单位体积ｃｒｒｆ３中的气体浓度；逡逑Ｓ代表的是谱线强度；逡逑／代表的是谱线半宽半峰（ＨＷＨＭ，ｃｉｒｆ１）；其他参数同上逡逑下图３代表标准大气压下，在波长１．６５１ｐｍ处甲烷的吸收谱线。在不同的压逡逑力下，谱线宽度会有所变化，用分辨率较高的测量设备进行测量时这种现象尤为逡逑明显。除上述影响因素之外，线宽也会受到气体背景基质等因素的影响。上述两逡逑种影响因素也被称之为“自我扩大”系数和“空气加宽”系数，例如，Ｈｉｔｒａｎ数逡逑据库中含有谱线的半值宽度，在标准大气压下，半值宽度是温度和压力的函数。逡逑某一气体在相同压力，相同温度和气体分压下，／可通过下式进行计算：逡逑

吸收谱线,中红外,甲烷,数据

图１．３甲烷在１．６５１处的吸收谱线（来自Ｈｉｔｒａｎ数据库）逡逑以带宽为测量特征的方法包含非色散红外气体传感法、关联能谱法以及可调逡逑谐二极管激光吸收光谱法等。逡逑当前应用较为广泛的气体分析仪所应用的原理为电化学分析法以及光谱分逡逑析法。逡逑１．３本文的主要研究内容及意义逡逑结合当前应用最普遍的气体检测仪对各类方案的优缺点进行比较，提出了一逡逑种新的方法。根据大气中硫化物以及氮化物在光谱分析的吸收特性上的不同，采逡逑取持续性光源及吸收光谱原理来准确测量大气中的污染物成分及其浓度。在这个逡逑前提下，笔者研发出一种持续性的监测系统，能够完成对气体浓度精确高效的测逡逑定，可以达到日常工厂的使用需求［１９］。逡逑本篇论文的章节安排为：逡逑第一章介绍了本篇文章的选题背景及研宄意义，随后介绍了常规气体的检测逡逑原理。结合国内外研究现状对气体检测仪的发展历程进行了树立和介绍，同时描逡逑述了集中具有代表性的检测仪的优缺点。最后介绍了本人所做的主要工作以及本逡逑

原理图,气体检测器,色散,原理

和其他灯泡相比，标准微型灯泡不能够使波长大于５ｐｎｉ的光线有效地投射，逡逑所以，如果气体具有比较长的吸收波长，往往需要运用封装替代来实现。ＴＯ管逡逑壳一般情况下会封装新兴技术光源，图２．３详细地展示了邋ＴＯ封装的二极管激光器。逡逑关于ＴＯ封装，主要是指一个将电信号管座传递到封装原件，同时，还存在保证逡逑１２逡逑

【参考文献】