影响激光气体分析仪检测精度的几个要素研究

发布时间：2020-03-24 10:11

【摘要】：基于空芯光波导气体池(Hollow waveguide,HWG)和调谐激光吸收光谱(Tunable laser absorption spectrometry,TLAS)技术的气体分析仪具有选择性好、灵敏度高、防爆性好和响应速度快等诸多优点,因此近年来受到国内外的广泛重视。本文针对影响此类气体分析仪检测精度的三个要素进行了研究:HWG吸附-脱附特性、信号通道的非线性响应特性及高精度高分辨参考光谱数据。本文的主要工作内容包括:第一,空心光波导的吸附-脱附特性研究。搭建了用于研究HWG毛细吸附特性的TLAS实验系统,通过改变实验条件分别研究了吹扫速度、初始气体浓度和温度对HWG气体池吸附-脱附特性的影响。对实验数据进行处理,并对实验结果进行了分析和讨论。第二,信号通道非线性特性的测量及校正。基于TLAS技术,搭建了获取检测器校正曲线的实验系统。保证系统中其他器件不变,通过更换系统中的检测器,分别测量、分析了光伏型检测器和光导型检测器的校正曲线。第三,高精度高分辨的参考光谱数据测量及评价。首先对DFB-ICL激光器(中心波长3337 nm)进行了波数线性化处理,然后利用该激光器构建了甲硫醚高精度高分辨光谱数据的测量系统。对光谱测量系统在波数、分辨率和噪声及光学条纹等方面的性能进行了分析和评价。获取了甲硫醚在v1和v8基频的高精度高分辨吸收光谱数据。按照国际通用的GUM模型对甲硫醚光谱数据的波数和吸光度进行了不确定度评价。计算得到了实验光谱数据的吸收截面并对其进行了不确定度评价。对实验吸收截面和PNNL数据进行Voigt线型拟合,定量分析了二者在线宽和积分吸光度方面的差异并分析了引起差异的原因。本文获得了吹扫速度、初始气体浓度和温度对HWG吸附-脱附特性影响的若干条定性结论,相关结论对提高激光气体分析仪的检测精度具有重要的参考意义;获取了光伏型检测器和光导型检测器的校正曲线,可用来校正这两种检测器的非线性响应对激光气体分析仪检测精度的影响;得到了空气增宽的甲硫醚分子的中红外高精度高分辨光谱数据,为环境中甲硫醚气体的高精度检测提供了更为准确的依据。本文研究结果对于提高基于HWG和TLAS技术的气体分析仪检测精度具有重要的支撑作用。
【图文】：

示意图,积分区域,示意图,脱附

第 3 章空心光波导的吸附-脱附特性研究认为，吹扫过程中检测到的 NH3的分子总量减去 HWG 中子数量就是脱附的分子数量。所以脱附的分子数量的计算方0 00= * * *tDesorption N N NA c flowrate dt Vm N（）/ 2)中Desorption代表脱附分子数量，单位 molecules； N 代 HWG 中冲出的 NH3的分子总量；0N 代表 HWG 中原有自；NA是阿伏伽德罗常数， =6.02*1023，单位 1/mol； flowrate代表流量，单位 sccm（mL/min）；t 代表时间；=22.4，单位是 L/mol。

曲线,初始浓度,吹扫,脱附量

-5 NH3初始浓度分别为 16.1 和 101 ppm 时，，吹扫过程中 NH3浓度变化 3-5 可以看出，当 NH3初始浓度为 101 ppm 时积分区域明显 16.1 ppm 时大得多；初步判断，在 NH3浓度高的情况下，气。对图示红色阴影区域进行积分，并按照式（3-2）计算得到6.1 ppm 和 101 ppm 的情况下脱附的 NH3分子数量，结果如表 3-3 不同浓度初始状态下，NH3脱附量及脱附量与冲出 HWG 的分子总NH3初始浓度脱附量/molecules101ppm 1.70*101716.1ppm 1.05*1016 3-3 可知，NH3初始浓度为 16.1 ppm 时，脱附分子数量为s；NH3初始浓度为 101 ppm 时，脱附分子数量为 1.70*1017m析与讨论实验结果可知，NH初始浓度分别为 16.1 ppm 和 101 ppm 时
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH74

【参考文献】