基于可調諧半導體激光吸收譜技術的甲烷濃度檢測.pdf

1、隨著我國科技進步與社會發(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構中占據(jù)主要成分，為我國的經濟發(fā)展起著巨大的作用。然而由煤礦中瓦斯氣體和天然氣運輸管中天然氣的泄漏引起的事故對相關人員的生命和財產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，因此能夠進行快速在線檢測甲烷氣體濃度是非常有意義的。以可調諧半導體激光吸收譜技術（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy：

2、TDLAS）為基礎的氣體檢測方法因其結構簡單、響應速度快等特點，成為比較受歡迎的甲烷濃度檢測方法。近年來，隨著TDLAS技術的發(fā)展，氣體檢測研究方向逐漸從實驗室的氣體池內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上搭建了模擬開放場的甲烷濃度檢測系統(tǒng)，展開了與實驗相關的仿真與實驗測試。主要內容如下：
　　（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)的噪聲進行了詳細分析。
　?。?）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散研究，研究了不同的風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，研究了從調諧信號產生到鎖相放大器諧波信號產生的整個過程，分析了各個調制參數(shù)對諧波信號的影響，基于鎖相放大器的原理進行了該模塊設計。最后對比了基于Simulink的鎖相放大器和實物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，驗證了開發(fā)的鎖相放大器的準確性。
　?。?）開展了TDLAS甲烷濃度檢測系統(tǒng)基礎性測量以及調制參數(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