水中溶解气体CO 2 、CH 4 和 13 CH 4 原位光谱分析仪的研制

发布时间：2024-01-20 11:09

　　水中溶解的甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)气体广泛参与了自然界的物质交换。水中溶解CH4和CO2的浓度分布往往蕴含着附近环境中能源矿藏和有机物的分布信息。水中溶解气体与水环境中动植物的生长存在着密切关系,也通过水气交换过程与气体环境产生直接联系。因此,水中溶解气体浓度测量是大气科学、地质科学和生态科学研究中一种重要的研究手段。离轴积分腔输出光谱技术具有响应速度快、灵敏度高、体积小等优点,是当前水中溶解气体原位探测技术的前沿发展方向。论文围绕用于水中溶解CH4、CO2气体浓度和13CH4丰度探测的离轴积分腔输出光谱原位探测技术开展研究,研制了一套能够在深海高压低温条件下进行连续探测的高精度原位探测系统。本文介绍了系统所应用的光谱测量和信号处理等技术原理,并以此为依据提出了一套系统设计方案。该方案中使用了一个腔镜反射率高达99.999%的高精细度光学谐振腔,基于该腔的吸收光谱有效光程长达约二十公里。在系统内温度压力控制单元的控制作用下,光腔内气体的温度和压力能够保持稳定,使得谱线参数在测量中不发生变化。自主研制的光谱测量单元采用光开关和嵌入式计算机软件控制结合的方案,能够实现对多个不同气...

【文章页数】：102 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 水中溶解气体研究意义
    1.2 水中溶解气体探测技术
    1.3 离轴积分腔输出光谱原位探测技术
    1.4 研究目标和主要研究内容
第2章 技术原理
    2.1 吸收光谱
    2.2 光学谐振腔
    2.3 腔增强吸收光谱技术
    2.4 光腔的输出特性
    2.5 噪声和灵敏度
    2.6 光敏元件
    2.7 信号处理算法
    2.8 小结
第3章 水中溶解CO₂、CH₄和¹³CH₄原位光谱分析仪的研制
    3.1 系统整体结构设计
    3.2 温度压力控制单元
    3.3 光腔单元设计
    3.4 光谱测量单元设计
    3.5 多组分同时探测技术
    3.6 信号处理算法研究
    3.7 系统集成与调试
    3.8 水气分离装置
    3.9 小结
第4章 系统标定与验证实验
    4.1 系统标定和检测精度
    4.2 系统稳定性测试
    4.3 海上外场实验
    4.4 小结
第5章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 未来展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果



本文编号：3880730