基于中空光纤传感器的大气CO 2 和水汽检测研究

发布时间：2023-03-11 08:04

　　二氧化碳和水汽是实际大气中的重要组成部分,两者对生物圈植被生长起着调节作用,同时测量二氧化碳和水汽关于时间和空间上浓度的变化对了解生物圈中碳循环、水循环以及能量循环的运转机制和生物圈理论模型的建立都起着至关重要的作用。本论文主要对基于中空光纤传感器的实际大气二氧化碳和水汽浓度检测技术进行研究。首先搭建了一套基于单通池的可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)气体测量装置,将其各项性能与之后的中空光纤传感器作对比。实验利用Hitran2012数据库数据对实验波段范围内二氧化碳以及水汽吸收进行仿真,选择不被水汽吸收干扰的3663.85 cm^-1处的二氧化碳吸收峰作为实验吸收峰。测量了下降阶段系统的10?90%响应时间t_r为38 s,系统的0?10%延迟时间t_d为10 s,系统的测量精度为44.5 ppmv,相对精度为3.9%,通过Allan方差可得到系统的稳定时间为72 s,Allan方差探测极限为7.8 ppmv,对应吸光度为5.3×10^-5。中空光纤具有低损耗、可弯曲、体积小等特点,相比于相同光程...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 气体吸收型光纤传感器研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 论文主要研究内容及创新点
第2章 中红外吸收光谱技术
    2.1 朗伯比尔定律
    2.2 光谱吸收线型函数
    2.3 光谱吸收中气池种类
        2.3.1 光学腔
        2.3.2 积分球气池
        2.3.3 光纤气池
    2.4 本章小结
第3章 TDLAS-WMS气体测量技术
    3.1 波长调制技术
    3.2 波长调制理论
        3.2.1 激光器调制
        3.2.2 波长调制中的吸收线型函数
        3.2.3 谐波信号获取
    3.3 本章小结
第4章 基于单通池的TDLAS探测CO₂浓度
    4.1 实验装置
        4.1.1 DFB半导体激光器
        4.1.2 光电探测器
        4.1.3 锁相放大器
    4.2 实验
        4.2.1 谱线选择
        4.2.2 气体定标
        4.2.3 系统响应时间
        4.2.4 系统测量精度
        4.2.5 Allan方差
    4.3 本章小结
第5章 基于中空光纤传感器的大气CO₂和水汽探测
    5.1 实验装置
        5.1.1 中空光纤传感器
        5.1.2 露点发生器
    5.2 实验
        5.2.1 实验参数优化
        5.2.2 气体定标
        5.2.3 系统响应时间
        5.2.4 系统测量精度
        5.2.5 系统稳定时间与探测极限
        5.2.6 实际大气中CO₂和水汽实时测量
    5.3 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
读研期间参与课题和发表论文情况
致谢



本文编号：3759504