基于寬帶光源的相關(guān)光譜式甲烷傳感理論建模及設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn).pdf

1、對(duì)易燃易爆或者有毒有害氣體進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)和控制，是目前煤炭、化工、石油、電力等部門亟待解決的重要問題，特別是在能源生產(chǎn)和運(yùn)輸方面，如何降低易燃易爆或有毒有害氣體對(duì)生產(chǎn)過程和人類健康造成的威脅，并對(duì)其演化規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)、控制和監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，已成為當(dāng)前亟待解決的重要問題。所以，對(duì)各類氣體檢測(cè)方法的研究已成為傳感技術(shù)領(lǐng)域中一個(gè)特別重要的課題。本論文以甲烷氣體濃度的測(cè)量為研究對(duì)象，對(duì)基于紅外寬帶光源的相關(guān)光譜式氣體傳感系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究

2、。主要內(nèi)容包括:
　　(1)從氣體分子光譜的躍遷機(jī)制出發(fā)，對(duì)分子的振動(dòng)光譜、轉(zhuǎn)動(dòng)光譜、振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，和吸收光譜的線形、線寬等理論進(jìn)行了介紹，并對(duì)氣體吸收的一般方程進(jìn)行了分析和修正。最后在介紹相關(guān)光譜技術(shù)原理與氣體紅外吸收計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，確定了甲烷吸收光譜的檢測(cè)波段，并結(jié)合HITRAN數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)一般環(huán)境下多組分氣體的紅外吸收進(jìn)行了模擬計(jì)算，建立了基于寬帶光源的相關(guān)光譜式甲烷傳感器模型。
　　(2)對(duì)基于相關(guān)光譜技術(shù)的紅外氣體

3、傳感系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，并針對(duì)系統(tǒng)需求分析，對(duì)系統(tǒng)中所用的紅外光源和光電探測(cè)器進(jìn)行了比較與選型。通過光學(xué)仿真軟件Tracepro對(duì)寬帶光源建模并進(jìn)行光線的模擬與追跡，確定了不同反射罩下光源的最佳發(fā)光點(diǎn)位置;經(jīng)過氣體光路傳感部分的仿真分析與實(shí)際情況下光吸收的測(cè)量，確定了最佳的樣品氣室長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感氣室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化，最后介紹了基于虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的硬件和軟件部分。
　　(3)從分析光譜吸收式甲烷檢測(cè)中的干擾因素入手，

4、對(duì)微弱信號(hào)的特征提取技術(shù)進(jìn)行了介紹，并對(duì)提取算法的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了分析，在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，提出通過采用FFT頻域?yàn)V波與Savitzky-Golay數(shù)字濾波相結(jié)合的方法對(duì)光譜吸收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使吸收光譜的靈敏度與信噪比大幅提高，為氣體濃度的精確反演提供了可靠的數(shù)據(jù)保障。
　　(4)針對(duì)自行研制的CH4氣體傳感系統(tǒng)，對(duì)標(biāo)定的原理、算法進(jìn)行了深入闡述，確定了常溫常壓下CH4氣體的濃度反演曲線;利用HITRAN數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)溫度、壓力等環(huán)境