基于可调谐激光吸收光谱技术的气体检测系统

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2、特别加封标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南大一学或其它教育机构的学位或证书而便用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。、签名據船日期：灿（＾：年６月多日关于论女使巧援权的说明本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使巧学位论文的规定：江南大学有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被査阅和借巧，可斟将学位论文的全部或部分内容編入有关数据库进行检

3、索，可１５＾采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文搜的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。恥导师签名：签名：嗦Ｉ？日親年矣月多日摘要摘要随着石油、天然气、煤矿等工业的快速发展而产生的各种毒害气体迅速增加，气体中毒和爆炸等伤亡事件也不断增多，快速并准确的检测和警示有害气体的浓度及成分对环境保护、工况和人身安全十分重要。目前，国内常用的气体检测技术因存在检测精度、实时监测、气体选择性、寿命、操作流程、环境影响、检测响应度等方面的问题，

4、无法满足一些实际检测的要求，与国外的检测水平存在一定差距。国内目前的研究大部分是基于二次谐波峰峰值与浓度值成正比的关系对低浓度气体进行的检测，而当气体浓度较高时二次谐波的峰峰值与气体浓度值不成正比，且存在环境温度对测量精度影响较大的问题，对高低浓度连续测量的研究较少。可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)气体检测技术是依据光源通过气室被气体吸收后输出光强的变化来检测气体浓度值，这种检测技术具有灵敏度高、精度高、响应速度快、不需要对气体做预处理等优势，在许多领域都有广泛的应用，如环境质量检测、光谱测量、分析

5、衡量气体等。本文以甲烷气体为目标气体，针对基于光谱吸收的全浓度，宽温度范围内的高精度气体集成化在线检测系统进行了理论和实验研究，并详细研究了可调谐二极管吸收光谱气体检测技术，研究的主要内容如下：1)介绍了分子光谱理论，包括气体吸收谱线线性与线宽，为基于比尔-朗伯定律的气体检测技术提供了理论基础，根据HITRAN数据库，选取了系统检测采用的甲烷分子的吸收线，减少其他气体分子的交叉影响。2)研究了基于吸收光谱技术的气体传感系统的检测技术，包括差分吸收检测、调制与谐波检测技术，并对比了这两种检测方法，选择了基于

6、波长调制谐波检测的原理设计本文的系统。3)根据检测要求选择1653.7nm窄线宽DFB激光器为光源，光谱响应范围为1100~1700nm的PIN光电二极管进行光电信号转换，采用多次反射型的气体吸收池组成光路部分,并设计了激光器的温度控制电路。4)基于函数发生器设计了准连续的激光器的调制信号和锁相参考信号，实现激光器在一定波长范围内自动连续调谐，结合全数字锁相放大技术，设计了微弱光电信号的检测电路。5)在室温下，以0~100%的不同浓度的甲烷为目标气体，分析扫描的二次谐波结果，进行数据处理。首先进行有效数据

7、的提取及噪声分析，进行背景噪声扣除、平滑滤波，温度补偿等处理提高检测精度，通过最小二乘法拟合实现全浓度范围内的连续实时检测。6)在不同温度下，以5%的浓度甲烷为目标气体，分析系统在不同温度下的检测结果，并分析系统的检测灵敏度和噪声来源，实现了全温度范围内连续测量，且保证了系统具有高灵敏度、工作稳定等优势。I摘要实验结果表明：系统的检测误差范围（在浓度为0~1%的检测误差优于±0.02%，1%~100%的检测误差优于真值的±2%），响应时间小于10s，均在检测标准以内，通过长时间的测试和高低温测试，验证了该

8、系统在宽温度范围（0~40℃）内工作性能稳定可靠。该系统满足煤矿检测标准的要求，为防治瓦斯突出灾害提供了保障。关键词：可调谐二极管激光吸收光谱；二次谐波检测；全数字锁相；温度补偿；甲烷IIAbstractAbstractWiththerapiddevelopmentoftheoil,gas,coalandotherindustrial,thetoxicgasisincreasingrapidly,gaspoisoningand