光学检测二氧化硫浓度关键技术研究

发布时间：2017-05-13 12:17

  本文关键词：光学检测二氧化硫浓度关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来全国性的雾霾天气，已清楚的向人们展示了环境污染的严重程度。SO2是空气中主要污染物之一，也是衡量空气质量的主要参数。为了有效监控和治理SO2污染，急需研制气体在线检测设备。本文结合光纤传感技术，紫外吸收光谱技术，荧光光谱技术，双光路差分技术及微弱信号检测技术设计了一套用于SO2浓度检测的测量系统。 首先，从紫外吸收光谱及荧光光谱测量机理着手，建立了SO2的光谱数据模型，通过分析SO2气体的吸收和荧光光谱特性，得到了其在紫外波段的吸收光强与其含量之间的定量关系，并推导出紫外波段SO2浓度与荧光强度之间的数学模型。 其次，，利用双光路差分检测技术有效降低了光源不稳定因素带来的干扰。设计了可实现吸收光谱法及荧光光谱法对SO2浓度检测的特殊光路结构，检测设备中两种检测方法共用同一光源和处理设备，实现了系统多路复用。设计了集I/V转换电路、跟随电路及差分放大电路于一体的前置放大电路，除法电路及低通滤波电路。 再次，搭建了FPGA的数据采集与控制的硬件系统，实现了对氘灯光源及光电倍增管(PMT)的实时恒温控制、对测量系统输出的光电信号进行AD转换和存储，并通过MATLAB软件中GUI模块设计了检测系统模型。实现了数据动态实时显示并可观测数据处理结果，同时可以对SO2进行实时监控。 最后，提出将经验模态分解方法(EMD)应用到光谱学检测中，并将采用的EMD滤波算法与小波降噪方法进行对比。降噪效果评价指标表明EMD效果更佳。同时，将处理后的数据进行了多组实验，通过实验更加有效的验证了数据处理的有效性及检测系统的准确性。
【关键词】：SO2 EMD 紫外差分吸收-荧光法 FPGA 微弱信号检测
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH83
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的目的及意义10
• 1.2 SO_2的来源与危害10-12
• 1.3 SO_2检测方法概述12-16
• 1.3.1 化学法12-14
• 1.3.2 仪器法14-16
• 1.4 国内外研究进展16-17
• 1.5 课题来源及本文的主要研究内容17-18
• 第2章 紫外吸收与荧光法检测原理18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 吸收光谱技术原理18-23
• 2.2.1 分子吸收光谱技术及 SO_2光谱特征18-20
• 2.2.2 光谱吸收基本原理20
• 2.2.3 差分吸收原理20-23
• 2.3 荧光检测原理23-27
• 2.3.1 荧光产生机理23-24
• 2.3.2 荧光效率与寿命24-26
• 2.3.3 荧光强度与样品浓度关系26
• 2.3.4 荧光法测量 SO_2的理论分析26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 SO_2浓度检测系统设计28-40
• 3.1 引言28
• 3.2 测量系统的整体设计28-29
• 3.3 光路系统设计29-35
• 3.3.1 光源29-32
• 3.3.2 滤光片、透镜等光学器件32-33
• 3.3.3 配气系统及气室33-35
• 3.4 电路系统设计35-39
• 3.4.1 光电探测器35-37
• 3.4.2 前置放大电路37-38
• 3.4.3 除法电路与低通滤波电路38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 基于 FPGA 数据采集与控制系统设计40-56
• 4.1 引言40
• 4.2 FPGA 数据采集与控制系统总体设计40-47
• 4.2.1 FPGA 芯片介绍41-42
• 4.2.2 A/D 转换模块42
• 4.2.3 SDRAM 存储模块42-43
• 4.2.4 PWM 温度控制模块43-44
• 4.2.5 报警模块与按键模块44-45
• 4.2.6 LCD 显示模块与 RTC 模块45-47
• 4.3 系统 FPGA 内部逻辑设计47-52
• 4.3.1 FPGA 的开发流程47-48
• 4.3.2 AD 转换模块控制逻辑设计48-49
• 4.3.3 SDRAM 模块控制逻辑设计49
• 4.3.4 PWM 模块控制逻辑设计49-50
• 4.3.5 交互显示模块控制逻辑设计50-51
• 4.3.6 USB 通信模块控制逻辑设计51-52
• 4.4 系统界面设计52-54
• 4.5 本章小结54-56
• 第5章 去噪方法与实验研究56-70
• 5.1 引言56
• 5.2 经验模态分解(EMD)基本原理及效果验证56-60
• 5.3 SO_2吸收光谱及荧光谱的 EMD去噪60-65
• 5.4 去噪效果评价65-66
• 5.5 实验研究66-69
• 5.5.1 光路损耗实验66-67
• 5.5.2 吸收光谱法测 SO_2定标实验67-68
• 5.5.3 荧光法检测 SO_2浓度的定标实验68-69
• 5.6 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果76-77
• 致谢77-78
• 作者简介78

【参考文献】

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本文编号：362537