基于中红外波长调制光谱技术的NO x /NH 3 高灵敏检测方法研究
发布时间：2022-12-17 11:00
近年来全球大气污染问题日益严峻,大气中的NOx及NH3是二次细颗粒物的主要前体物,对雾霾的形成具有重要作用。NOx及NH3是空气质量的重要指标,其精确的源汇变化与空间分布数据对气象观测及人类生产生活具有积极的指导作用。当下,满足大气环境条件下NOx及NH3的精确快速的检测技术仍然有待探索。本文深入研究了中红外可调谐半导体激光波长调制光谱（Wavelength Modulation Spectroscopy,WMS）技术。WMS具有高选择,高分辨率及快速响应等特点,WMS进一步提高检测频率来减小低频噪声,结合日趋成熟的量子级联激光器（Quantum Cascade Laser,QCL）,可以拓宽光谱范围实现待测气体分子强吸收谱线的测量,极大地提高气体浓度测量下限,满足环境大气测量需求。本文深入研究了 NOx及NH3的中红外波段吸收谱线,分别选取了 NO、NO2及NH3位于1900.0 cm-1 1600.0 cm-1以及1103.4 cm-1处的强吸收谱线。模拟计算了大气环境下选择谱线处的吸收光谱和二次谐波信号,定量地分析了 H2O及CO2对目标气体的影响。大气中H2O及CO2短期浓度波...
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
1.1 研究背景与意义
1.2 NO_2及NH_3检测技术
1.3 基于中红外吸收光谱NO_x及NH_3检测技术研究现状
1.4 本文研究内容
第2章 激光吸收光谱技术原理
2.1 吸收光谱原理
2.2 直接吸收光谱技术
2.3 波长调制光谱技术
2.3.1 波长调制光谱技术理论分析
2.3.2 波长调制光谱技术标定方法分析
2.4 本章小结
第3章 基于中红外DFB-QCL的NO_x/NH_3检测系统设计
3.1 测量系统整体方案设计
3.2 NO_x/ NH_3测量目标谱线选择及QCL选择
3.3 电子学系统设计
3.3.1 QCL电流源电路
3.3.2 QCL温控电路
3.3.3 二级制冷与温度监测电路
3.3.4 微弱信号检测与数据采集模块
3.4 光机结构设计
3.4.1 多光束合束系统
3.4.2 开放式多次反射池
3.5 基于Labview的浓度反演软件设计
3.6 本章小结
第4章 系统性能测试与优化
4.1 系统参数测试优化
4.1.1 调制解调参数优化
4.1.2 激光器频率响应测试
4.1.3 系统标定
4.1.4 系统波长稳定性优化
4.2 系统性能测试
4.2.1 系统Allan方差分析
4.2.2 零点漂移,量程漂移测试
4.2.3 示值误差测试
4.2.4 重复性测试
4.2.5 稳定性测试
4.3 本章小结
第5章 外场实验研究
5.1 环境空气中NO_x及NH_3连续测量结果与对比分析
5.2 合肥环线走航检测分析
5.3 本章小结
第6章 总结
6.1 总结
6.2 创新点
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]光腔衰荡光谱技术应用于痕量气体检测的研究进展[J]. 王晓华,王凯迪,余锦,贾慧民,貊泽强,王金舵,唐吉龙,方铉,魏志鹏. 科学技术与工程. 2017(14)
[2]光腔衰荡光谱技术用于OH浓度测量的误差分析[J]. 涂晓波,陈爽,苏铁,母金河,杨富荣. 红外与激光工程. 2017(02)
[3]5.2μm量子级联激光器光腔衰荡光谱技术的痕量水汽检测[J]. 周胜,韩艳玲,李斌成. 光谱学与光谱分析. 2016(12)
[4]氧化钨基室温气敏传感器的研究进展[J]. 尤佳骏,耿欣,吴雨晴,张超. 电子元件与材料. 2016(10)
[5]Analysis of algebraic reconstruction technique for accurate imaging of gas temperature and concentration based on tunable diode laser absorption spectroscopy[J]. 夏晖晖,阚瑞峰,刘建国,许振宇,何亚柏. Chinese Physics B. 2016(06)
[6]三氧化钨纳米材料在二氧化氮气敏传感器中的研究进展[J]. 闫爱华,李臻,蔡小平,冯昊,赵辉,黄飞. 材料导报. 2015(21)
[7]紫外分光光度法测定氮基三亚甲基膦酸氮氧化物的含量[J]. 谷倩倩,程终发,齐晓婧,高灿柱. 工业水处理. 2015(03)
[8]差分吸收激光雷达监测北京灰霾天臭氧时空分布特征[J]. 范广强,张天舒,付毅宾,董云升,陈臻懿,刘建国,刘文清. 中国激光. 2014(10)
[9]基于差分吸收光谱技术的NH3浓度反演算法研究[J]. 朱靳,孙冬梅,陈玲. 光学学报. 2013(02)
[10]被动多轴差分吸收光谱技术监测大气NO2垂直廓线研究[J]. 周海金,刘文清,司福祺,谢品华,徐晋,窦科. 光学学报. 2011(11)
博士论文
[1]基于激光吸收光谱的主要人为氨排放源在线检测技术与应用研究[D]. 何莹.中国科学技术大学 2017
硕士论文
[1]化学发光法大气NOx监测仪器系统优化设计[D]. 艾锦云.华南师范大学 2004
本文编号：3719810
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
1.1 研究背景与意义
1.2 NO_2及NH_3检测技术
1.3 基于中红外吸收光谱NO_x及NH_3检测技术研究现状
1.4 本文研究内容
第2章 激光吸收光谱技术原理
2.1 吸收光谱原理
2.2 直接吸收光谱技术
2.3 波长调制光谱技术
2.3.1 波长调制光谱技术理论分析
2.3.2 波长调制光谱技术标定方法分析
2.4 本章小结
第3章 基于中红外DFB-QCL的NO_x/NH_3检测系统设计
3.1 测量系统整体方案设计
3.2 NO_x/ NH_3测量目标谱线选择及QCL选择
3.3 电子学系统设计
3.3.1 QCL电流源电路
3.3.2 QCL温控电路
3.3.3 二级制冷与温度监测电路
3.3.4 微弱信号检测与数据采集模块
3.4 光机结构设计
3.4.1 多光束合束系统
3.4.2 开放式多次反射池
3.5 基于Labview的浓度反演软件设计
3.6 本章小结
第4章 系统性能测试与优化
4.1 系统参数测试优化
4.1.1 调制解调参数优化
4.1.2 激光器频率响应测试
4.1.3 系统标定
4.1.4 系统波长稳定性优化
4.2 系统性能测试
4.2.1 系统Allan方差分析
4.2.2 零点漂移,量程漂移测试
4.2.3 示值误差测试
4.2.4 重复性测试
4.2.5 稳定性测试
4.3 本章小结
第5章 外场实验研究
5.1 环境空气中NO_x及NH_3连续测量结果与对比分析
5.2 合肥环线走航检测分析
5.3 本章小结
第6章 总结
6.1 总结
6.2 创新点
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]光腔衰荡光谱技术应用于痕量气体检测的研究进展[J]. 王晓华,王凯迪,余锦,贾慧民,貊泽强,王金舵,唐吉龙,方铉,魏志鹏. 科学技术与工程. 2017(14)
[2]光腔衰荡光谱技术用于OH浓度测量的误差分析[J]. 涂晓波,陈爽,苏铁,母金河,杨富荣. 红外与激光工程. 2017(02)
[3]5.2μm量子级联激光器光腔衰荡光谱技术的痕量水汽检测[J]. 周胜,韩艳玲,李斌成. 光谱学与光谱分析. 2016(12)
[4]氧化钨基室温气敏传感器的研究进展[J]. 尤佳骏,耿欣,吴雨晴,张超. 电子元件与材料. 2016(10)
[5]Analysis of algebraic reconstruction technique for accurate imaging of gas temperature and concentration based on tunable diode laser absorption spectroscopy[J]. 夏晖晖,阚瑞峰,刘建国,许振宇,何亚柏. Chinese Physics B. 2016(06)
[6]三氧化钨纳米材料在二氧化氮气敏传感器中的研究进展[J]. 闫爱华,李臻,蔡小平,冯昊,赵辉,黄飞. 材料导报. 2015(21)
[7]紫外分光光度法测定氮基三亚甲基膦酸氮氧化物的含量[J]. 谷倩倩,程终发,齐晓婧,高灿柱. 工业水处理. 2015(03)
[8]差分吸收激光雷达监测北京灰霾天臭氧时空分布特征[J]. 范广强,张天舒,付毅宾,董云升,陈臻懿,刘建国,刘文清. 中国激光. 2014(10)
[9]基于差分吸收光谱技术的NH3浓度反演算法研究[J]. 朱靳,孙冬梅,陈玲. 光学学报. 2013(02)
[10]被动多轴差分吸收光谱技术监测大气NO2垂直廓线研究[J]. 周海金,刘文清,司福祺,谢品华,徐晋,窦科. 光学学报. 2011(11)
博士论文
[1]基于激光吸收光谱的主要人为氨排放源在线检测技术与应用研究[D]. 何莹.中国科学技术大学 2017
硕士论文
[1]化学发光法大气NOx监测仪器系统优化设计[D]. 艾锦云.华南师范大学 2004
本文编号：3719810
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