基于TDLAS的甲烷气体监测系统的设计-检测技术与自动化装置专业论文.docxVIP

基于 TDLAS 的 甲烷气体 监 测 系 统 的 设 计 摘 要 随着环 境的不 断恶 化 ，人类 已经逐 步意 识 到保护 环境的 重要 性 和必要 性。 甲烷作 为继二 氧化 碳 之后对 地球温 室效 应 具有重 大影响 的气 体 ，虽然 在空气中 的含量 远低于 CO2 的含量，但温室 效应 有 26%是 由于甲 烷引 起 的，等 量的甲 烷 对温室 效应的 作用 是 CO2 的 22 倍。 因此 ，实现 甲烷气 体浓 度 的实时 在线测 量 对保护 环境具 有重 要 的意义 。 可调谐 半导体 激光 吸 收光谱 技术（ TDLAS）由于 具有高 分辨 率 、高灵 敏度 和良好 选择性 等特 点 ，使之 成为痕 量气 体 快速、 在线分 析的 有 效方法 之一，尤 以 其 中 的 波 长 调 制 技 术 在 大 气 化 学 研 究 和 污 染 气 体 监 测 领 域 中 得 到 了 实 际 应 用。本 系统的 主要 研 究内容 如下： （1）分 析了 TDLAS 技术的 优势以 及其 应 用于甲 烷气体 监测 系 统中的 可行 性。 （2）讨 论了 分子吸 收光谱 学的基 本原 理 和 TDLAS 技 术具体 的实现 方法， 并着重 阐述了 波长 调 制技术 与二次 谐波 检 测技术 的工作 原理 。 （3）介 绍了甲 烷气 体 监测系 统的构 成，包 括器件 选择和 对相 关 模块进 行电 路设计 ，如扫 描电 路 与调制 电路、 光电 检 测 电路 、锁相 放大 电 路、信 号采集电 路等。 （4）介绍 系统的 总体 软件设 计，分析 系统 的噪声 来源，讨 论了 浓度反 演方 法和滤 波算法 的实 现 。 关 键 词 ： 可 调 谐 二 极 管 激 光 吸 收 光 谱 技 术 ； 波 长 调 制 技 术 ； 二 次 谐 波 检 测 技 术 Methane Monitoring System Based on TDLAS ABSTRAC With th e conti nuo us det erio ratio n o f th e envi ro nm ent, hum ans hav e gradu al l y realized th e impo rt an ce and n e cessi t y o f pro tecti n g th e env ironm ent . Alt hou gh m et h an e in th e ai r is mu ch lo wer t han th e a mou nt o f CO2 , i t h as a si gnifi cant imp act on gl ob al warmin g as well as CO2 , th e 26 % of green hou se effect is caus ed d ue to methane, t he s am e amo unt of m eth an e caus es greenho us e 22 t imes t h at of CO 2 . Th erefo re, real -tim e onli ne measu rem ent o f th e meth ane gas co ncen tratio n has imp ort an t si gni fi can ce fo r t he p rot ectio n o f the envi ro nm ent. Tu nabl e dio d e laser abso rp tion sp ectroscop y (TD LAS ) h as hi gh resol utio n, h i gh sens it ivit y and goo d s el ectiv it y; It has b een o ne of t h e mos t effectiv e metho ds of trace gas es onl in e anal ys is , esp eci all y t he wav el en gth modul ati on techniq u e has b een wi d el y us ed in th e fi eld o f ch emical res earch and gas poll utio n mo nito rin g. Th e m ain cont ents o f th e p ap er are as follo ws: ) An al yz e th e adv antages of t he TD