基于TDLAS的甲烷实时监测系统研究

论文摘要

可调谐半导体激光器吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）简称TDLAS,该技术是指利用特定温度和压力条件下的气体对激光的吸收特性,通过吸收前后光强的变化可实时反演得到被测气体的浓度、温度和压强等重要信息。利用TDLAS技术探测气体的方法具有灵敏度高、反应时间快、非接触和无需采样等优点。本论文在对TDLAS谐波检测技术理论研究的基础上,自主搭建一套能够实时检测甲烷浓度系统,其主要内容如下:通过理论分析和测量要求,设计检测平台整体架构,采用符合本平台要求的器件,包括可调谐半导体激光器,光电探测器等,同时考虑实验室现有条件,自主设计和改装一部分所需器件,如气体吸收池模块,加法器模块,倍频器模块等。在系统硬件部分的搭建过程中,通过大量实验和理论分析进行逐步调试,观察其工作情况,摸索本系统最佳工作条件。最终完成整个硬件平台的搭建,为实时检测系统提供了重要的硬件基础。本系统分别利用集成锁相放大器,小型锁相模块,固定偏置下快速傅立叶变换（Fast Fourier Transformation）简称FFT分析法,提取出包含有甲烷浓度信息的二次谐波信号,建立各自对应的二次谐波-甲烷浓度关系式,并同时得到对应拟合度。在搭建好的硬件平台的基础上,通过在集成开发环境（Code Composer Studio）简称CCS平台下利用C语言编写数字信号处理（Digital Signal Processing）简称DSP所需程序,设计出一整套完整的甲烷浓度实时检测平台。该平台在1%到10%甲烷浓度范围内具有较高的线性拟合度（0.97以上）,并且能够实时显示当前甲烷浓度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 甲烷检测的意义
•   1.2 气体检测的主要方法
•   1.3 TDLAS研究现状
•   1.4 本章小结
• 第二章 分子光谱吸收法检测原理
•   2.1 气体分子选择吸收理论
•   2.2 TDLAS检测原理
•     2.2.1 比尔-朗伯定律
•     2.2.2 TDLAS检测技术优点
•   2.3 气体吸收谱线展宽机制
•   2.4 甲烷气体吸收谱线的选取
•     2.4.1 HITRAN及气体吸收谱线的选取
•     2.4.2 TDLAS甲烷检测系统选用波长
•   2.5 信号的频域分析
•     2.5.1 傅里叶变换原理
•     2.5.2 快速傅立叶变换
•   2.6 本章小结
• 第三章 TDLAS检测技术研究
•   3.1 直接吸收法技术
•   3.2 谐波检测法技术
•   3.3 二次谐波反演气体浓度
•   3.4 本章小结
• 第四章 TDLAS检测系统设计
•   4.1 系统整体设计
•   4.2 信号发生模块
•   4.3 光源模块
•   4.4 气体吸收池模块
•   4.5 光电转换模块
•   4.6 谐波提取模块
•     4.6.1 锁相放大原理
•     4.6.2 OE1022谐波测试
•     4.6.3 小型化锁相放大器系统设计
•   4.7 实时检测模块
•     4.7.1 DSP介绍
•     4.7.2 DSP实时算法分析
•   4.8 本章小结
• 第五章 甲烷气体检测系统实验
•   5.1 直接吸收法:
•   5.2 谐波检测法
•   5.3 集成化锁相放大器法
•   5.4 小型化锁相放大器法
•   5.5 固定偏置下FFT法
•   5.6 TDLAS系统拟合度分析:
•   5.7 三种方式分析对比
•   5.8 本章小结
• 第六章 气体实时检测系统开发
•   6.1 系统软件架构设计
•   6.2 CCS集成开发环境简介
•   6.3 气体实时监测系统设计思想
•   6.4 甲烷实时检测实物图
•   6.5 噪声分析
•   6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邓磊

导师: 贾富强

关键词: 非线性失真,谐波检测,快速傅立叶变换

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,自动化技术

单位: 厦门大学

分类号: TN248.4;TP274

总页数: 89

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