中红外波段调谐激光吸收光谱气体检测与谱线分析

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1、分类号：O433.4密级：UDC：编号：201431205001硕士学位论文中红外波段调谐激光吸收光谱气体检测与谱线分析论文作者：刘茜阳学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：仪器仪表工程指导教师：张宗华职称：教授资助基金项目：河北省自然科学基金DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofInstrumentandMeterEngineeringGasDetectionandSpectralAnalysisofTunableDiodeLaserAbsorpt

2、ionSpectroscopyintheMid-infraredBandbyLiuXiyangSupervisor:Prof.ZhangZonghuaMay2017ThisworksupportedbytheNaturalScienceFoundationofHebeiProvince原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明

3、确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：2017.2.20关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：2017.2.20导师签名：日期：2017.2.20摘要在气体检测领域，光谱分

4、析技术具有检测速度快、灵敏度高、重复性好、操作方便、试样用量少、仪器结构简单等特点，已成为气体检测的重要手段。中红外光谱波段(2.5-25μm)包含有“指纹”区间，此区间具有非常丰富的分子吸收特性，对于光谱测量十分有利，但多数组分在中红外区域存在连续吸收谱线，使混合物的成分分析和定量检测存在一定难度。针对上述问题，本文提出了基于中红外波段调谐激光吸收光谱的组分识别方法及定量检测方法。采用二阶导数谱方法对原始吸收谱线进行处理，通过获取谱线二阶导数去除背景及噪声干扰，并一定程度上区分混叠谱峰。在获取二阶导数谱线过程中运用Savitzky-Golay滤波器进

5、行平滑滤波处理，并根据谱线频率特征选取最佳滤波参数，解决了滤波参数缺乏标准化选取方法的问题。采用小波分析的方法，选择适当的小波基和尺度分辨率，对导数光谱进行时频分析，得到二维时频特征矩阵。对各组分及其混合物的时频特征矩阵进行两个维度方向的相关性分析，结合导数光谱的形态特征实现组分识别，并以谱库数据和实测数据进行组分识别验证。根据被测组分的吸收分布情况生成特征吸收窗分别对待测原始吸收谱线以及二阶导数谱线加以处理，提取出在浓度计算过程中占据重要性更大的特征吸收的区域，从而排除非吸收区域中背景、噪声及其他组分对计算结果的干扰，利用全场拟合方法实现定量检测。以

6、一组空气与甲硫醇混合气体实验数据为例，进行中红外波段调谐激光吸收光谱组分识别与浓度计算。实验结果表明，本文提出的谱线解析方法，能够有效地从混叠谱线中识别目标组分，且对目标气体进行定量分析，相对误差基本在5%以内，为中红外波段多组分同时检测与谱线分析提供了方法与技术手段。关键词：中红外，二阶导数谱，Savitzky-Golay滤波器，时频特征矩阵，特征吸收窗IABSTRACTInthefieldofgasdetection,infraredspectralanalysistechnologyhascharacteristicsoffastdetectio

7、nspeed,highsensitivity,goodrepeatability,convenientoperation,smallamountofsample,instrumenthastheadvantagesofsimplestructureandsoon,sotheinfraredspectralanalysistechnologyhasbecomeanimportanttoolforgasdetection.Themidinfraredspectralband(2.5-25μm)containsa"fingerprint"interval,w

8、hichhasaveryrichmolecularabsorptioncharacterist