基于CARS光谱的小分子烃类实时探测研究

发布时间：2017-10-17 02:37

  本文关键词：基于CARS光谱的小分子烃类实时探测研究

  更多相关文章： 三阶非线性极化率 分时窄带CARS 烯烃 简化模型 误差分析

【摘要】：相干反斯托克斯拉曼散射(Coherent Anti-stokes Raman scattering,CARS)技术具有速度快,灵敏度高的优点,它不同于普通拉曼光谱技术,具有高空间分辨率、抗噪能力强等优点。基于这些优点,CARS光谱技术目前已经广泛应用于微量物质、燃烧过程中成分与浓度的瞬态分析。本论文针对甲醇制烯烃(MTO)产物中多种组分烃类的探测需求,主要详细分析CARS理论基础以及对甲烷、乙烷、乙烯和丙烯等低碳烃类浓度探测进行了探究。本文在理论上通过麦克斯韦方程组和非线性光学理论方程得到了CARS信号强度方程,并重点讨论了影响CARS信号强度的主要因素—三阶非线性极化率,主要研究了忽略非共振项情况下的CARS信号强度变化趋势,并简化得到了组分浓度和CARS信号强度之间的关系。本文在实验上采用分时窄带CARS光谱探测多种拉曼活性气体浓度的方法,建立了扫描式窄带CARS光谱技术探测实验装置,用于快速在线分析催化化工等领域中各类流体的组分。利用该装置对甲烷、乙烷、乙烯和丙烯分别进行CARS光谱扫描,获得了各分子的CARS谱对应的拉曼谱,并在相同实验条件下进行了比对实验,得到不同分子特征峰处的CARS信号强度与目标气体浓度及其他背景气体之间的关系。通过建立多组分实时探测模型对不同分子的CARS信号特征峰强度信息进行解析,得到四种气体之间的影响关系,并探测了甲烷、乙烯和丙烯三种混合气体的浓度比值,对实验结果进行了误差分析。
【关键词】：三阶非线性极化率 分时窄带CARS 烯烃 简化模型 误差分析
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O623.1;O657.37
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 引言7-8
• 1.2 CARS简介8-10
• 1.3 CARS发展现状10-13
• 1.4 本文的结构安排以及研究的主要内容13-14
• 第二章 CARS光谱理论研究14-21
• 2.1 非线性光学理论14-16
• 2.2 CARS光强表达式推导16-18
• 2.3 三阶非线性极化率理论推导18-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 扫描式窄带CARS光谱探测装置21-32
• 3.1 实验装置的搭建21-22
• 3.2 乙烯和丙烯的CARS光谱22-24
• 3.3 四种气体的CARS谱对应的拉曼谱24-27
• 3.4 多组分实时探测模型27-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第四章 烯烃的浓度探测及误差分析32-44
• 4.1 实验装置的搭建32-34
• 4.2 不同积分时间甲烷的浓度探测34-36
• 4.3 甲烷、乙烯和丙烯的浓度探测36-38
• 4.4 实验误差分析38-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第五章 总结与展望44-45
• 参考文献45-48
• 致谢48-49
• 攻读学位期间发表的学术论文49

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