基于车载开放光路TDLAS的甲烷检测技术研究
发布时间：2021-02-04 10:22
甲烷是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分,是一种无色无味的可燃性气体,在空气中的含量达到一定程度时有发生爆炸的危险。随着天然气在我国能源消费中应用比重的日益增加,天然气在生产、加工、运输和储存过程中,不可避免存在由管道腐蚀破裂、阀门气密性不严等原因导致的燃气泄漏问题。因此,研究高精度、低检测限的甲烷检测技术来快速探测气体泄漏点,对确保天然气管道输送及工业生产安全具有重要的意义。可调谐二极管激光吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS）是目前气体检测领域中应用最为广泛的一种光谱检测方法。TDLAS技术基于Beer-Lambert定律,通过气池出射光强的变化来定量检测气体浓度,具有选择性好、光谱分辨率高、响应速度快、非接触测量等特点。然而,在TDLAS系统中,存在各种系统噪声干扰,尤其是光学干涉条纹噪声使系统本底信号波动较大,导致系统不能准确检测出较低浓度气体,造成误检甚至漏检。因此,本文以抑制本底波动、降低系统的检测限为基本目标,重点研究TDLAS检测系统光学条纹噪声的抑制方法,降低干涉条纹对检测信号的影响。另外...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１催化燃烧检测器示意图??
进行放大调理后得到输出电信号。输出的电信号与进入火焰的待测组分气体浓度??成正比，因此根据所测量的电信号，可计算得到待测气体浓度值。其检测原理如??图１－２所示。??—Ｉ?＾?Ｉ—??ｈ＜??图１－２火焰离子检测原理图??该方法结构简单、性能稳定可靠、操作方便，检测限较低，能够在几秒时间??内输出检测结果。但ＦＩＤ是气相色谱类的常用检测器，对待检测气体的选择性较??差，而且工作时需要氢气，定期校准，因此大多用于实验室测量和开放区域的高??灵敏度快速检测。??１．２．２光谱法气体检测技术??光谱法主要基于气体分子的吸收原理，利用红外光束通过被测气体区域时气??体分子对特定波长红外光的吸收特性，通过对光谱相关参数的探测，来实现气体??浓度的测量。采用光谱方法进行气体检测，系统响应速度快，实时性较好；气体??选择性强，可以实现非接触测量，用于易燃易爆的场合；测量精度较高，设备的??检测限低。因此
接收到声波（光声）信号。利用声波与气体的浓度之间的关系，可通过检测到的??声波信号，进行气体浓度的测量［１（），１１］。光声光谱检测系统主要由激光器、光声池、??微音器及信号处理系统组成，系统示意图如图１－３所示。??舰器光声倍号??办?微苜器?信号处理系统??＾?Ｔ?Ｉ－￣＾?Ｉ??￡｜?１?〇??１賢?＿?光声迪??＾??一．?＇?！??图１－３光声光谱检测系统示意图??光声光谱法探测的不是光与气体分子相互作用后的光信号，而是通过检测气??体吸收光能后产生的声波，实现气体浓度的测量，所以检测过程中光的反射、散??射等因素造成的噪声非常小。光声光谱法检测灵敏度高、响应速度快，但该方法??法需要专用吸收气池，而且气池中的微音器存在效率较低、对震动过于敏感等问??题，不宜用于车载检测系统进行泄漏检测。??（２）
【参考文献】：
期刊论文
[1]车载天然气泄漏检测装置的结构设计[J]. 贺行政,李旭明,康荣学,梁伟,任贵文. 石油矿场机械. 2017(05)
[2]基于TDLAS-WMS的中红外痕量CH4检测仪[J]. 曲世敏,王明,李楠. 光谱学与光谱分析. 2016(10)
[3]奇异值分解用于可调谐二极管激光吸收光谱技术去除系统噪声[J]. 王喆,汪曣,张锐,赵学玒,刘乔俊,李丛蓉. 光谱学与光谱分析. 2016(10)
[4]波长扫描直接吸收光谱法燃烧诊断技术适用情况讨论[J]. 杨斌,潘科玮,杨荟楠,黄斌,刘佩进. 上海理工大学学报. 2015(05)
[5]Chernin型多通池用于气溶胶消光系数的测量研究[J]. 张启磊,徐学哲,赵卫雄,崔执凤,张为俊. 光学学报. 2015(09)
[6]基于可调谐半导体激光吸收光谱的CO和CH4实时检测系统设计[J]. 李明星,刘建国,阚瑞峰,姚路,袁松,戴云海,魏敏,许振宇,阮俊. 光学学报. 2015(04)
[7]TDLAS氧气检测系统设计及背景噪声在线消除[J]. 庞涛,夏滑,吴边,张志荣,王煜,崔小娟,董凤忠. 光电子·激光. 2015(03)
[8]一种多次反射怀特池的研究与设计[J]. 穆永吉,陈远,余俊,胡明勇. 光学技术. 2014(04)
[9]利用可调谐半导体激光吸收光谱法同时在线监测多组分气体浓度[J]. 张志荣,夏滑,董凤忠,庞涛,吴边. 光学精密工程. 2013(11)
[10]Chernin型多通池用于烟雾箱光化学反应过程的实验研究[J]. 程跃,赵卫雄,胡长进,顾学军,裴世鑫,黄伟,张为俊. 光学学报. 2013(08)
博士论文
[1]近红外光谱吸收式气体检测系统的研究[D]. 李彬.吉林大学 2016
[2]基于TDLAS的痕量乙烯气体检测技术研究[D]. 潘卫东.哈尔滨工业大学 2013
[3]光谱吸收式光纤气体检测理论及技术研究[D]. 张可可.哈尔滨工程大学 2012
[4]调谐二极管激光吸收光谱中的若干关键技术研究[D]. 高楠.天津大学 2012
[5]基于可调谐激光光谱的矿井瓦斯气体传感系统的研究[D]. 邓广福.吉林大学 2008
[6]基于腔增强吸收光谱的污染气体检测研究[D]. 董磊.山西大学 2007
硕士论文
[1]车载激光天然气泄漏检测系统应用研究[D]. 董晓舟.山东大学 2014
[2]基于TDLAS技术甲烷气体检测的温度补偿研究[D]. 吕梅梅.山东大学 2013
[3]基于FPGA的数字锁相放大器的设计与研究[D]. 许文佳.吉林大学 2012
[4]基于TDLAS的痕量气体浓度探测技术研究[D]. 王子龙.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3018155
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１催化燃烧检测器示意图??
进行放大调理后得到输出电信号。输出的电信号与进入火焰的待测组分气体浓度??成正比，因此根据所测量的电信号，可计算得到待测气体浓度值。其检测原理如??图１－２所示。??—Ｉ?＾?Ｉ—??ｈ＜??图１－２火焰离子检测原理图??该方法结构简单、性能稳定可靠、操作方便，检测限较低，能够在几秒时间??内输出检测结果。但ＦＩＤ是气相色谱类的常用检测器，对待检测气体的选择性较??差，而且工作时需要氢气，定期校准，因此大多用于实验室测量和开放区域的高??灵敏度快速检测。??１．２．２光谱法气体检测技术??光谱法主要基于气体分子的吸收原理，利用红外光束通过被测气体区域时气??体分子对特定波长红外光的吸收特性，通过对光谱相关参数的探测，来实现气体??浓度的测量。采用光谱方法进行气体检测，系统响应速度快，实时性较好；气体??选择性强，可以实现非接触测量，用于易燃易爆的场合；测量精度较高，设备的??检测限低。因此
接收到声波（光声）信号。利用声波与气体的浓度之间的关系，可通过检测到的??声波信号，进行气体浓度的测量［１（），１１］。光声光谱检测系统主要由激光器、光声池、??微音器及信号处理系统组成，系统示意图如图１－３所示。??舰器光声倍号??办?微苜器?信号处理系统??＾?Ｔ?Ｉ－￣＾?Ｉ??￡｜?１?〇??１賢?＿?光声迪??＾??一．?＇?！??图１－３光声光谱检测系统示意图??光声光谱法探测的不是光与气体分子相互作用后的光信号，而是通过检测气??体吸收光能后产生的声波，实现气体浓度的测量，所以检测过程中光的反射、散??射等因素造成的噪声非常小。光声光谱法检测灵敏度高、响应速度快，但该方法??法需要专用吸收气池，而且气池中的微音器存在效率较低、对震动过于敏感等问??题，不宜用于车载检测系统进行泄漏检测。??（２）
【参考文献】：
期刊论文
[1]车载天然气泄漏检测装置的结构设计[J]. 贺行政,李旭明,康荣学,梁伟,任贵文. 石油矿场机械. 2017(05)
[2]基于TDLAS-WMS的中红外痕量CH4检测仪[J]. 曲世敏,王明,李楠. 光谱学与光谱分析. 2016(10)
[3]奇异值分解用于可调谐二极管激光吸收光谱技术去除系统噪声[J]. 王喆,汪曣,张锐,赵学玒,刘乔俊,李丛蓉. 光谱学与光谱分析. 2016(10)
[4]波长扫描直接吸收光谱法燃烧诊断技术适用情况讨论[J]. 杨斌,潘科玮,杨荟楠,黄斌,刘佩进. 上海理工大学学报. 2015(05)
[5]Chernin型多通池用于气溶胶消光系数的测量研究[J]. 张启磊,徐学哲,赵卫雄,崔执凤,张为俊. 光学学报. 2015(09)
[6]基于可调谐半导体激光吸收光谱的CO和CH4实时检测系统设计[J]. 李明星,刘建国,阚瑞峰,姚路,袁松,戴云海,魏敏,许振宇,阮俊. 光学学报. 2015(04)
[7]TDLAS氧气检测系统设计及背景噪声在线消除[J]. 庞涛,夏滑,吴边,张志荣,王煜,崔小娟,董凤忠. 光电子·激光. 2015(03)
[8]一种多次反射怀特池的研究与设计[J]. 穆永吉,陈远,余俊,胡明勇. 光学技术. 2014(04)
[9]利用可调谐半导体激光吸收光谱法同时在线监测多组分气体浓度[J]. 张志荣,夏滑,董凤忠,庞涛,吴边. 光学精密工程. 2013(11)
[10]Chernin型多通池用于烟雾箱光化学反应过程的实验研究[J]. 程跃,赵卫雄,胡长进,顾学军,裴世鑫,黄伟,张为俊. 光学学报. 2013(08)
博士论文
[1]近红外光谱吸收式气体检测系统的研究[D]. 李彬.吉林大学 2016
[2]基于TDLAS的痕量乙烯气体检测技术研究[D]. 潘卫东.哈尔滨工业大学 2013
[3]光谱吸收式光纤气体检测理论及技术研究[D]. 张可可.哈尔滨工程大学 2012
[4]调谐二极管激光吸收光谱中的若干关键技术研究[D]. 高楠.天津大学 2012
[5]基于可调谐激光光谱的矿井瓦斯气体传感系统的研究[D]. 邓广福.吉林大学 2008
[6]基于腔增强吸收光谱的污染气体检测研究[D]. 董磊.山西大学 2007
硕士论文
[1]车载激光天然气泄漏检测系统应用研究[D]. 董晓舟.山东大学 2014
[2]基于TDLAS技术甲烷气体检测的温度补偿研究[D]. 吕梅梅.山东大学 2013
[3]基于FPGA的数字锁相放大器的设计与研究[D]. 许文佳.吉林大学 2012
[4]基于TDLAS的痕量气体浓度探测技术研究[D]. 王子龙.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3018155
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