基于TDLAS的一氧化碳气体浓度测量技术研究

摘要

随着世界工业化的进展，环境污染已日趋严重，环境保护问题也越来越引起人们的关注，空气污染给人们的健康带来较大的危害，环境污染的有效监测与控制，需要一系列的新型传感测量技术。因此，在环境污染和工业化生产过程中，研究高精度、高灵敏度测量技术以实现对一氧化碳气体浓度的测量具有重要意义。
　　本文探讨了激光二极管频率调制和谐波检测技术后，采用可调谐二极管激光器吸收光谱学技术测量一氧化碳气体浓度的技术方法。
　　由于激光器具有很好的单色性、方向性、高能量密度等突出优点，使其成为环境监测的首选工具。结合可调谐激光二极管吸收光谱学(TDLAS)谐波检测技术具有较高的精度和灵敏度。可调谐二极管激光器的体积小、操作方便易安装、可以进行远程测量；激光器狭窄的线宽、波长的可调谐和稳定的输出，使其具有更快的响应时间。由于一氧化碳分子的近红外吸收光谱是本系统设计的基础，在充分分析气体吸收光谱理论和一氧化碳吸收光谱特性基础上，确定1570 nm为一氧化碳气体的探测波长，根据实时环境下的状态确定一氧化碳分子的吸收谱线线型，利用频率调制和谐波检测技术快速检测一氧化碳气体浓度，能有效减少由于激光源和探测器自身带来的噪音。
　　本文根据一氧化碳气体在近红外波段吸收峰处的波长，设计了气体检测系统的整体方案并建立了系统仿真模型，并进行了基于Matlab/Simulink的仿真。仿真了几种气体分子的红外吸收光谱，对频率调制及谐波检测技术开展了研究，利用ZEMAX软件进行了发射、接收光学天线的设计及进行了光学天线安装，开展了光学像差校正实验的研究；通过查阅资料、理论分析和系统模型设计，深深地感到气体检测涉及的知识是多学科的，具有很深的内涵，要设计一个良好的检测工具，还要进行更多的实际工作。本论文就是给出一个检测系统的基本模型，为今后的研究提供一定的参考。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 气体检测方法概述

1.3 国内外研究现状

1.4 论文的主要内容

第二章 吸收光谱学理论

2.1 气体能级与吸收光谱

2.2几种气体分子的红外吸收光谱

第三章 吸收光谱学关键技术研究

3.1 基本原理

3.2 调制检测技术

3.3浓度测量技术研究

3.4 温度测量

3.5多分子测量方案

第四章 气体检测系统光路设计

4.1系统的总体结构

4.2系统器件的选定

4.3系统光路设计

4.4光学天线像差校正实验

第五章 系统建模与仿真

5.1系统仿真技术概述

5.2建模过程

5.3系统仿真结果

第六章 全文总结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果