基于脉冲氙灯的便携式机动车排放NO_x在线检测数据处理算法研究及应用
发布时间：2020-07-16 08:09
【摘要】：随着经济的不断进步,目前我国购买机动车的个人及家庭越来越多,每年以百分之十的速度递增,机动车尾气造成的环境污染日趋严重。NO和NO2统称为NOx,是机动车尾气的重要组成物。监测机动车排出的NOx浓度对于评估机动车尾气排放水平,保护城市大气环境具有极其重要的意义。与其他气体分析技术相比,光谱分析技术因其具有连续在线检测的特点,已经成为过程气体检测技术的主流发展方向和研究重点。本文针对机动车尾气NOx在线检测的需求,研究了基于脉冲氙灯的便携式机动车尾气NOx在线检测数据处理算法,并进行了实验测量与对比分析。论文完成的主要研究工作如下:(1)介绍了脉冲氙灯以及物质吸收光谱的基础理论。搭建了 NOx检测实验平台,采集了以滨松L9456脉冲氙灯作为光源的NOx吸收光谱数据,对光源波动、光谱采集积分时间、平均次数等问题进行了研究,提出了相应的解决方法,确定了实验平台的工作参数,结果表明所搭建的检测平台能达到NO检测限为2.45ppm,量程可达2500ppm;而NO2的检测限为2.6ppm,量程可达500ppm。(2)针对光谱噪声影响NOx浓度反演精度的问题,分析了常规数据预处理方法对基于脉冲氙灯NOx吸收光谱降噪效果的不足,研究了自适应指标寻优的EEMD机动车尾气NOx光谱预处理算法。实验结果表明:使用NIO-EEMD降噪的效果,要优于同等情况下,使用EMD低通滤波,以及db3小波分解算法的效果,SNR指标由初始的17.8865提高到28.1347。(3)针对吸收光谱法检测机动车尾气NOx组分浓度时不可避免的叠加吸收干扰问题,利用加权偏最小二乘回归算法(WPLS-Weighted Partial Least Squares),结合机动车尾气多组分NO、NO2(包含干扰成分SO2、NH3)叠加吸收的光谱特征,建立了具有抗干扰能力的NOx浓度的回归模型。同时研究了 NOx浓度预测模型的WPLS-VIP-ACO波长选择算法,对脉冲氙灯的光谱数据进行筛选。实验结果表明:波长选择后的NOx浓度反演值与样本实际浓度的逼近度得到了提高。(4)基于便携式机动车尾气NOx设计指标要求,通过理论分析及实验验证,设计了基于脉冲氙灯的机动车尾气排放NOx浓度检测系统。开发了 NOx吸收光谱自适应NIO-EEMD预处理、WPLS-NOx浓度反演及W-V-A波长选择算法软件。(5)进行了 NOx吸收光谱浓度检测技术的实际应用研究,包括仪器的标定、与美国Sensors公司NOx检测系统进行对比实验以及机动车NOx排放外场检测实验。实验结果表明:所研制的检测样机对NO、NO2的检测精度达到±2%,量程 NO为 0～2500ppm,NO2 为 0～500ppm。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X734.2;X831
【图文】：
化学发光不同于荧光或磷光，因为光产生于化学反应，而不是分子吸收逡逑光子［１５］。逡逑ＣＬＤ检测仪器的工作原理如图１．１所示。仪器使用热稳定的光电二极管测量逡逑ＮＯ与０３反应产生的化学发光强度，该反应会产生激发态的Ｎ0２邋（简称Ｎ０２＊）逡逑２逡逑
同波长处的光声来记录，该光谱可用于识别样品的吸收组分。光声效应可用于研逡逑宄固体、液体和气体逡逑用于气体分析的光声分光装置结构如图１．２所示，红外辐射经过斩波器和滤逡逑光器后，光聚焦到ＰＡＳ单元的窗口上。斩波器是一个开槽盘，滤光片是窄带红逡逑外干涉滤光片。通过窗口后，光束进入ＰＡＳ单元。如果光的频率与样气室内中逡逑气体的吸收带重合，气体分子将吸收部分光。细胞内气体浓度越高，吸收的光就逡逑越多。当气体吸收能量时，它被红外辐射加热并因此膨胀并引起压力的上升。当逡逑红外辐射被斩波后使得气室内压力交替地增大或减小，从而产生声信号。声学信逡逑号由高灵敏麦克风检测。逡逑由于ＰＡＳ技术必须将样气密封在测量气室后才能进行浓度检测，因此是不逡逑能进行连续原位在线监测的。而且对于声波使用的探测器由于灵敏度要求极高，逡逑造价昂贵
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本文编号：2757745
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X734.2;X831
【图文】：
化学发光不同于荧光或磷光，因为光产生于化学反应，而不是分子吸收逡逑光子［１５］。逡逑ＣＬＤ检测仪器的工作原理如图１．１所示。仪器使用热稳定的光电二极管测量逡逑ＮＯ与０３反应产生的化学发光强度，该反应会产生激发态的Ｎ0２邋（简称Ｎ０２＊）逡逑２逡逑
同波长处的光声来记录，该光谱可用于识别样品的吸收组分。光声效应可用于研逡逑宄固体、液体和气体逡逑用于气体分析的光声分光装置结构如图１．２所示，红外辐射经过斩波器和滤逡逑光器后，光聚焦到ＰＡＳ单元的窗口上。斩波器是一个开槽盘，滤光片是窄带红逡逑外干涉滤光片。通过窗口后，光束进入ＰＡＳ单元。如果光的频率与样气室内中逡逑气体的吸收带重合，气体分子将吸收部分光。细胞内气体浓度越高，吸收的光就逡逑越多。当气体吸收能量时，它被红外辐射加热并因此膨胀并引起压力的上升。当逡逑红外辐射被斩波后使得气室内压力交替地增大或减小，从而产生声信号。声学信逡逑号由高灵敏麦克风检测。逡逑由于ＰＡＳ技术必须将样气密封在测量气室后才能进行浓度检测，因此是不逡逑能进行连续原位在线监测的。而且对于声波使用的探测器由于灵敏度要求极高，逡逑造价昂贵
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