基于可调谐多模激光吸收光谱的气体测量技术研究
发布时间：2021-04-24 09:17
可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）具有高灵敏度、高选择性和快速响应等特点,是气体探测中的主流技术,被广泛应用于环境监测、工业生产监控和生物医疗等众多领域。为克服传统TDLAS技术成本高以及长时间工作过程中由于中心波长偏移造成的稳定性差等问题,本论文提出了一种与关联光谱和波长调制光谱相结合的多模二极管激光吸收光谱技术（TMDL-COSPEC-WMS）,设计建立了相应的测试实验系统,利用该系统开展了CC2、CH4等温室气体分子以及CO等有害气体分子的检测方法研究。温室气体分子CO2的TMDL-COSPEC-WMS测量采用了价格低廉、体积微小的FP型多模二极管激光器（MDL）,中心波长位于1570 nm,发射光谱和CO2气体分子的吸收光谱有很好的交叠,可获得多个CO2气体分子的特征吸收信号。C02分子在该波段吸收谱线分布比较离散,通过参考信号和测量信号之间的相关度比较实现了可用信号的筛选。利用所选多个二次谐波信号峰值高度之间的关系,经线性回归实现了对CO2气体浓度的准确测量。另外,还采用中心波长位于760 nm的FP型多模二极管激光器,用本技术开展了O2气体检测方法的研究。利用多信号...
【文章来源】：上海理工大学上海市
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 大气成分检测的基本方法
1.2.1 化学测量方法
1.2.2 光学和光谱学技术
1.3 TDLAS技术及研究现状
1.3.1 可调谐二极管激光光源
1.3.2 国内外研究现状
1.4 TMDLAS技术及研究现状
1.5 灵敏探测技术
1.5.1 长程吸收光谱技术
1.5.2 基于高精细度谐振腔吸收光谱技术
1.5.3 波长调制和频率调制光谱技术
1.5.4 平衡探测技术
1.5.5 背景扣除技术
1.6 论文的主要内容及特点
第二章 激光吸收光谱理论
2.1 吸收光谱的形成
2.2 直接吸收光谱
2.2.1 Beer-Lambert定律
2.2.2 吸收谱线线型
2.3 波长调制光谱
2.4 关联光谱
2.5 TMDL-COSPEC-WMS技术原理
2.6 HITRAN数据库
2.7 本章小结
第三章 基于TMDL-COSPEC-WMS的气体测量技术研究
3.1 引言
3.2 二氧化碳测量的实验研究
3.2.1 吸收光谱的选择
3.2.2 实验系统及设备
3.2.3 实验结果与分析
3.3 氧气测量的实验研究
3.3.1 吸收谱线选择
3.3.2 实验装置
3.3.3 实验结果与讨论
3.4 本章小结
第四章 长程吸收技术在多模激光光谱中的应用研究
4.1 引言
4.2 甲烷的测量实验研究
4.2.1 吸收谱线选择
4.2.2 压强及温度的影响
4.2.3 实验装置
4.2.4 实验过程及结果分析
4.3 基于TMDL-WMS的C0测量技术研究
4.3.1 引言
4.3.2 实验系统
4.3.3 实验结果与讨论
4.4 本章小结
4和C0的同时探测">第五章 实际大气中CH4和C0的同时探测
5.1 引言
5.2 测量系统的设计
5.2.1 吸收谱线的选择
5.2.2 压强及温度的影响
5.3 实验系统及过程
5.4 实验结果与讨论
5.4.1 系统测量的准确性和线性度
5.4.2 测量的灵敏度和稳定性
5.4.3 探测极限
5.4.4 长期运行能力
5.4.5 与其他类似系统的对比
5.5 本章小结
第六章 总结和展望
参考文献
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于时分复用技术的吸收光谱气体温度在线测量研究[J]. 娄南征,李宁,翁春生. 光谱学与光谱分析. 2012(05)
[2]可调谐半导体激光吸收光谱遥测二氧化碳通量的研究[J]. 宋雪梅,刘建国,张玉钧,陆亦怀,曾宗泳,何莹,崔益本,田勇志,田林. 光谱学与光谱分析. 2011(03)
[3]基于TDLAS矿井瓦斯气体浓度监测系统设计[J]. 余学义,陈强强,施文刚. 煤矿安全. 2010(03)
[4]利用CO的吸收光谱测量其浓度的装置研究[J]. 刘新跃,郭建强. 工业安全与环保. 2008(11)
[5]可调谐激光波长调制技术检测氧气浓度[J]. 崔厚欣,齐汝宾,陈文亮,徐可欣. 中国激光. 2008(10)
[6]可调谐二极管激光吸收光谱法测量气体温度[J]. 王健,黄伟,顾海涛,高秀敏,刘立鹏. 光学学报. 2007(09)
[7]可调谐二极管激光光谱技术测量燃烧环境下H2O浓度的实验设计[J]. 夏慧,刘文清,张玉钧,王晓梅,王铁栋,阚瑞峰,陈东,王敏,方曦,陈玖英. 大气与环境光学学报. 2007(03)
[8]机动车尾气遥测技术和应用研究[J]. 王铁栋,刘文清,张玉钧,王敏,王晓梅,夏慧,方曦,陈玖英,刘建国. 大气与环境光学学报. 2007(03)
[9]光谱吸收光纤气体传感技术探讨[J]. 邓广福,刘光达,田磊,孟磊,朱平. 半导体光电. 2006(06)
[10]可调谐半导体激光吸收光谱学测量甲烷的研究[J]. 高山虎,刘文清,刘建国,张玉钧,阚瑞峰,王敏,涂兴华,王铁栋. 量子电子学报. 2006(03)
博士论文
[1]气体监测的可调谐多模二极管激光关联光谱技术研究[D]. 娄秀涛.哈尔滨工业大学 2009
[2]激光诱导荧光光谱在多相催化研究中的应用[D]. 陈钧.中国科学院研究生院（大连化学物理研究所） 2004
硕士论文
[1]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
[2]基于TDLAS的天然气泄漏检测技术研究[D]. 韩小磊.中国石油大学 2009
[3]二氧化碳浓度监测的二极管激光光谱技术研究[D]. 白云峰.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3157101
【文章来源】：上海理工大学上海市
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 大气成分检测的基本方法
1.2.1 化学测量方法
1.2.2 光学和光谱学技术
1.3 TDLAS技术及研究现状
1.3.1 可调谐二极管激光光源
1.3.2 国内外研究现状
1.4 TMDLAS技术及研究现状
1.5 灵敏探测技术
1.5.1 长程吸收光谱技术
1.5.2 基于高精细度谐振腔吸收光谱技术
1.5.3 波长调制和频率调制光谱技术
1.5.4 平衡探测技术
1.5.5 背景扣除技术
1.6 论文的主要内容及特点
第二章 激光吸收光谱理论
2.1 吸收光谱的形成
2.2 直接吸收光谱
2.2.1 Beer-Lambert定律
2.2.2 吸收谱线线型
2.3 波长调制光谱
2.4 关联光谱
2.5 TMDL-COSPEC-WMS技术原理
2.6 HITRAN数据库
2.7 本章小结
第三章 基于TMDL-COSPEC-WMS的气体测量技术研究
3.1 引言
3.2 二氧化碳测量的实验研究
3.2.1 吸收光谱的选择
3.2.2 实验系统及设备
3.2.3 实验结果与分析
3.3 氧气测量的实验研究
3.3.1 吸收谱线选择
3.3.2 实验装置
3.3.3 实验结果与讨论
3.4 本章小结
第四章 长程吸收技术在多模激光光谱中的应用研究
4.1 引言
4.2 甲烷的测量实验研究
4.2.1 吸收谱线选择
4.2.2 压强及温度的影响
4.2.3 实验装置
4.2.4 实验过程及结果分析
4.3 基于TMDL-WMS的C0测量技术研究
4.3.1 引言
4.3.2 实验系统
4.3.3 实验结果与讨论
4.4 本章小结
4和C0的同时探测">第五章 实际大气中CH4和C0的同时探测
5.1 引言
5.2 测量系统的设计
5.2.1 吸收谱线的选择
5.2.2 压强及温度的影响
5.3 实验系统及过程
5.4 实验结果与讨论
5.4.1 系统测量的准确性和线性度
5.4.2 测量的灵敏度和稳定性
5.4.3 探测极限
5.4.4 长期运行能力
5.4.5 与其他类似系统的对比
5.5 本章小结
第六章 总结和展望
参考文献
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于时分复用技术的吸收光谱气体温度在线测量研究[J]. 娄南征,李宁,翁春生. 光谱学与光谱分析. 2012(05)
[2]可调谐半导体激光吸收光谱遥测二氧化碳通量的研究[J]. 宋雪梅,刘建国,张玉钧,陆亦怀,曾宗泳,何莹,崔益本,田勇志,田林. 光谱学与光谱分析. 2011(03)
[3]基于TDLAS矿井瓦斯气体浓度监测系统设计[J]. 余学义,陈强强,施文刚. 煤矿安全. 2010(03)
[4]利用CO的吸收光谱测量其浓度的装置研究[J]. 刘新跃,郭建强. 工业安全与环保. 2008(11)
[5]可调谐激光波长调制技术检测氧气浓度[J]. 崔厚欣,齐汝宾,陈文亮,徐可欣. 中国激光. 2008(10)
[6]可调谐二极管激光吸收光谱法测量气体温度[J]. 王健,黄伟,顾海涛,高秀敏,刘立鹏. 光学学报. 2007(09)
[7]可调谐二极管激光光谱技术测量燃烧环境下H2O浓度的实验设计[J]. 夏慧,刘文清,张玉钧,王晓梅,王铁栋,阚瑞峰,陈东,王敏,方曦,陈玖英. 大气与环境光学学报. 2007(03)
[8]机动车尾气遥测技术和应用研究[J]. 王铁栋,刘文清,张玉钧,王敏,王晓梅,夏慧,方曦,陈玖英,刘建国. 大气与环境光学学报. 2007(03)
[9]光谱吸收光纤气体传感技术探讨[J]. 邓广福,刘光达,田磊,孟磊,朱平. 半导体光电. 2006(06)
[10]可调谐半导体激光吸收光谱学测量甲烷的研究[J]. 高山虎,刘文清,刘建国,张玉钧,阚瑞峰,王敏,涂兴华,王铁栋. 量子电子学报. 2006(03)
博士论文
[1]气体监测的可调谐多模二极管激光关联光谱技术研究[D]. 娄秀涛.哈尔滨工业大学 2009
[2]激光诱导荧光光谱在多相催化研究中的应用[D]. 陈钧.中国科学院研究生院（大连化学物理研究所） 2004
硕士论文
[1]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
[2]基于TDLAS的天然气泄漏检测技术研究[D]. 韩小磊.中国石油大学 2009
[3]二氧化碳浓度监测的二极管激光光谱技术研究[D]. 白云峰.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3157101
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/3157101.html
