基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收譜技術(shù)的甲烷濃度檢測.pdf

1、隨著我國科技進(jìn)步與社會(huì)發(fā)展，我國對能源的消耗越來越大。天然氣和煤炭在我國能源消耗結(jié)構(gòu)中占據(jù)主要成分，為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著巨大的作用。然而由煤礦中瓦斯氣體和天然氣運(yùn)輸管中天然氣的泄漏引起的事故對相關(guān)人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成了重大的威脅。瓦斯氣體和天然氣的主要成分均為甲烷，因此能夠進(jìn)行快速在線檢測甲烷氣體濃度是非常有意義的。以可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收譜技術(shù)（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy：

2、TDLAS）為基礎(chǔ)的氣體檢測方法因其結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，成為比較受歡迎的甲烷濃度檢測方法。近年來，隨著TDLAS技術(shù)的發(fā)展，氣體檢測研究方向逐漸從實(shí)驗(yàn)室的氣體池內(nèi)濃度檢測向開放場的在線氣體檢測方向發(fā)展。本論文在氣體池的基礎(chǔ)上搭建了模擬開放場的甲烷濃度檢測系統(tǒng)，展開了與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的仿真與實(shí)驗(yàn)測試。主要內(nèi)容如下：
　　（1）搭建了甲烷濃度檢測系統(tǒng)，研究了甲烷濃度檢測方案，并對系統(tǒng)的噪聲進(jìn)行了詳細(xì)分析。
　　（2）基于Tra

3、cePro軟件開展了檢測系統(tǒng)光路的仿真并分析了系統(tǒng)的光路傳輸特性；基于Fluent軟件開展了甲烷氣體在空氣中的擴(kuò)散研究，研究了不同的風(fēng)速對甲烷氣體的速度和濃度的分布狀態(tài)的影響；基于Simulink軟件開展了本系統(tǒng)的建模與諧波信號仿真，研究了從調(diào)諧信號產(chǎn)生到鎖相放大器諧波信號產(chǎn)生的整個(gè)過程，分析了各個(gè)調(diào)制參數(shù)對諧波信號的影響，基于鎖相放大器的原理進(jìn)行了該模塊設(shè)計(jì)。最后對比了基于Simulink的鎖相放大器和實(shí)物SR830鎖相放大器對光電探

4、測器輸出的直接吸收信號處理的諧波信號，驗(yàn)證了開發(fā)的鎖相放大器的準(zhǔn)確性。
　?。?）開展了TDLAS甲烷濃度檢測系統(tǒng)基礎(chǔ)性測量以及調(diào)制參數(shù)對諧波信號的影響測試；完成了漫反射材料的反射角度、反射距離、材料類型等不同屬性對二次諧波信號（簡稱：2f）和二次諧波信號比一次諧波信號（簡稱：2f/1f）影響的測量?；?f/1f信號相比傳統(tǒng)的基于2f信號的氣體濃度檢測方法的在開放場中具有很大的優(yōu)勢。完成了不同濃度的甲烷氣體與信號幅度的擬合，得出