基于TDLAS的CO2气体检测分析系统-仪器科学与技术专业论文.docxVIP

Classified Index：TN219 U.D.C.: 621.3 Dissertation for the Degree of Master Engineering DETECTION AND ANALYSIS SYSTEM FOR CO2 GAS BASED ON TDLAS Candidate： Luo Shuqin Supervisor： Associate Prof. Zhang Yu Academic Degree Applied for： Master of Engineering Specialty： Instrument Science and Technology Affiliation： Department of Automatic Testing and Control Date of Defence： July, 2013 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 要 随着经济的快速发展，人们的生活水平显著提高，但是在发展背后表现出 来的资源和环境问题却着实令人堪忧。保护生态环境和治理环境污染这一焦点 问题已被世界各国所关注，而环境污染的主要根源在于有害气体的排放。由工 业生产、民用燃煤以及汽车尾气等排放的二氧化碳气体可以导致温室效应、土 地荒漠化等严重后果，因此对于二氧化碳气体的实时监测显得尤为重要。针对 近年来迅速发展的非接触式光学气体检测技术，无论在精度还是在速度上都很 好的弥补了传统气体测量方法对于气体浓度检测方面的不足，本文基于可调谐 激光二极管吸收光谱（TDLAS）技术对二氧化碳气体浓度进行检测，它是一种 高分辨率的吸收光谱技术，具有单模特性优秀、精度高、响应快、通用性强等 优势。 本系统以朗伯-比尔定律为基本理论基础并结合可调谐激光二极管吸收光谱 技术应用于气体浓度检测的相关理论，对波长调制技术和谐波探测技术进行了 理论推导，其中包括谐波探测次数、调制深度等理论实验参数的确定，同时， 运用气体分子光谱和谱线线型的有关知识，对影响气体吸收谱线线宽的两个重 要因素：温度和压强进行了研究，此外还设计组建了 TDLAS 系统，通过对可调 谐激光二极管的特性测试得到激光器的最佳工作条件，并对构建的实验系统进 行了二氧化碳气体浓度检测的实验，分别在不同温度和压力下对气体进行检 测，对温度和压力对于测量浓度值产生的影响进行了修正。最后利用 LabVIEW 进行上位机的软件编程，通过线性拟合得到气体浓度的反演公式，再对标准浓 度的气体进行测量得到比较满意的实验结果，基本实现了 CO2 气体浓度的在线 检测。 关键词：二氧化碳；可调谐二极管激光吸收光谱技术；谐波检测；LabVIEW Abstract With the rapid development of economy and the significantly improved living condition, people start to worry about the problems of resources and environment lying behind. Eco-environment protection and the treatment of pollution, with the exhaust of toxic gas as the main source, are the focus issues drawing attentions from many countries around the world. The carbon dioxide discharged by industrial production, civil coal firing and automobile exhaust could lead to the greenhouse effect, desertification and other serious problems. Therefore, the real-time monitoring of carbon dioxide is of great significance. Non-contact detection for optical gas has achieved a fast development in recent years and makes up the deficiency of traditional measurement methods for gas density in both the accuracy and speed. The d