基于声弛豫强度的定性气体探测方法研究
发布时间：2022-01-10 22:55
随着环境保护越来越受关注,气体成分监测工作已大力发展,如何设计有效的气体成分检测方法是声学气体研究的热点问题。目前已有的基于声弛豫信息的气体探测方法主要是在已知气体种类情况下定量分析气体组分,少数能够定性分析气体的方法的操作复杂度大,如基于有效比热容的方法需要测量气体密度等,不能满足实时需求。故设计一种实时高效的气体定性盲探测（未知气体信息情况下定性探测）的方法具有重要意义。本课题首先从理论研究方面,验证声速频散强度的可叠加性,并对2N+1个声速值重建N个声速频散强度的表达式进行修正,使其扩展至全频率范围。且根据已有的基于有效比热容的气体成分探测方法,提出基于声速频散强度随温度变化率的气体探测方法,将原本需要测量气体密度、压强以及固定频率点处的声速声吸收参数减少至仅测量固定频率点处的声速值,降低工作量与测量误差,提高实时性。同时,证明弛豫吸收系数也能进行分解叠加,实现2N个固定频率点处的弛豫吸收值恢复N个弛豫过程的弛豫吸收系数谱线,通过恢复的N个弛豫吸收系数强度随温度变化率识别气体成分。此外在实际应用方面,基于上述成果,本文提出一种广谱气体传感方法的理论设计思路。该传感方法只需要测量2...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
本论文主要研究内容具体研究内容如下：1)基于气体分子在声传播过程中的微观弛豫过程，分别推导验证了复合弛豫过程
图 2.1 100%Cl2在温度 T=303 K 下的理论声速谱线气体中的声吸收现象想气体中的声吸收现象，首先，将公式(2.20)中αrλ改写成如αrλ= A2+1-A, A=x2ω +y2ω +Rx ωRy ω+1-x 的函数特性，可推出αrλ随 A 单调递减，当且仅当 A 最→0 时，x ω =CV∞+CVvib，y ω =0，故 A→∞，αrλ→0。当ωτ→频率非常小或非常大时，弛豫吸收均接近于 0。求导求解 A ，得到唯一的极小值即为最小值：ωm=1τCV∞+CVvibCV∞+CVvib+RCV∞CV∞+R
图 2.2 在温度 T=303 K 时 100%Cl2的理论声弛豫吸收谱线谱信息的气体探测方法发展理论在正向分析上的发展进程是从微观分子发展至半宏观声谱。这也支撑着反向探测方面将探测气体的方法持续进行参数，到测量两个参数，从恢复整条声谱到仅需一个特征点的气体探测方法发展过程中，陆续出现了几种有效方法：P量的声弛豫谱（QuantitativeAcoustic Relaxation Spectroscopy法；胡轶[22]提出了一种利用声吸收峰值点而不是整条谱线检彩云[84]提出根据不同的气体浓度和环境温度来创建声速拐点性和定量分析方法。这些成果持续推动着声学气体探测的实的研究起到了先导作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于红外吸收光谱的瓦斯气体浓度检测技术[J]. 罗达峰,杨建华,仲崇贵. 光谱学与光谱分析. 2011(02)
[2]一种二元混合气体浓度超声测量仪的设计[J]. 王明伟,姚展. 计算机测量与控制. 2010(12)
[3]基于激光吸收光谱多点瓦斯监测技术的研究[J]. 何莹,张玉钧,刘建国,阚瑞峰,陈玖英,夏慧,王敏. 大气与环境光学学报. 2008(02)
[4]基于光谱吸收原理的光纤甲烷传感器检测方法研究[J]. 贺玉凯,王汝琳,张丽,王建,吴久晏. 工矿自动化. 2006(05)
[5]基于可调谐半导体激光吸收光谱的瓦斯监测方法研究[J]. 陈东,刘文清,阚瑞峰,王敏,张玉钧,刘建国. 光学技术. 2006(04)
博士论文
[1]基于声传播谱的气体传感技术理论研究[D]. 张克声.华中科技大学 2013
硕士论文
[1]基于声速谱的气体成分传感理论研究[D]. 李彩云.华中科技大学 2018
[2]基于光谱吸收法的瓦斯检测技术的研究[D]. 裴宁.长春理工大学 2010
[3]基于近红外吸收原理的甲烷浓度检测研究[D]. 管立君.燕山大学 2008
[4]基于超声技术的气体浓度检测仪设计[D]. 江福椿.河海大学 2005
本文编号：3581575
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
本论文主要研究内容具体研究内容如下：1)基于气体分子在声传播过程中的微观弛豫过程，分别推导验证了复合弛豫过程
图 2.1 100%Cl2在温度 T=303 K 下的理论声速谱线气体中的声吸收现象想气体中的声吸收现象，首先，将公式(2.20)中αrλ改写成如αrλ= A2+1-A, A=x2ω +y2ω +Rx ωRy ω+1-x 的函数特性，可推出αrλ随 A 单调递减，当且仅当 A 最→0 时，x ω =CV∞+CVvib，y ω =0，故 A→∞，αrλ→0。当ωτ→频率非常小或非常大时，弛豫吸收均接近于 0。求导求解 A ，得到唯一的极小值即为最小值：ωm=1τCV∞+CVvibCV∞+CVvib+RCV∞CV∞+R
图 2.2 在温度 T=303 K 时 100%Cl2的理论声弛豫吸收谱线谱信息的气体探测方法发展理论在正向分析上的发展进程是从微观分子发展至半宏观声谱。这也支撑着反向探测方面将探测气体的方法持续进行参数，到测量两个参数，从恢复整条声谱到仅需一个特征点的气体探测方法发展过程中，陆续出现了几种有效方法：P量的声弛豫谱（QuantitativeAcoustic Relaxation Spectroscopy法；胡轶[22]提出了一种利用声吸收峰值点而不是整条谱线检彩云[84]提出根据不同的气体浓度和环境温度来创建声速拐点性和定量分析方法。这些成果持续推动着声学气体探测的实的研究起到了先导作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于红外吸收光谱的瓦斯气体浓度检测技术[J]. 罗达峰,杨建华,仲崇贵. 光谱学与光谱分析. 2011(02)
[2]一种二元混合气体浓度超声测量仪的设计[J]. 王明伟,姚展. 计算机测量与控制. 2010(12)
[3]基于激光吸收光谱多点瓦斯监测技术的研究[J]. 何莹,张玉钧,刘建国,阚瑞峰,陈玖英,夏慧,王敏. 大气与环境光学学报. 2008(02)
[4]基于光谱吸收原理的光纤甲烷传感器检测方法研究[J]. 贺玉凯,王汝琳,张丽,王建,吴久晏. 工矿自动化. 2006(05)
[5]基于可调谐半导体激光吸收光谱的瓦斯监测方法研究[J]. 陈东,刘文清,阚瑞峰,王敏,张玉钧,刘建国. 光学技术. 2006(04)
博士论文
[1]基于声传播谱的气体传感技术理论研究[D]. 张克声.华中科技大学 2013
硕士论文
[1]基于声速谱的气体成分传感理论研究[D]. 李彩云.华中科技大学 2018
[2]基于光谱吸收法的瓦斯检测技术的研究[D]. 裴宁.长春理工大学 2010
[3]基于近红外吸收原理的甲烷浓度检测研究[D]. 管立君.燕山大学 2008
[4]基于超声技术的气体浓度检测仪设计[D]. 江福椿.河海大学 2005
本文编号：3581575
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