基于TDLAS技术的甲烷浓度实时监测系统的研究与设计-电子科学与技术专业论文.docxVIP

致谢 三年的研究生生活转瞬即逝，这三年时光是我人生中最重要的三年。在这 段时间里，我得到了很多，同时也学到了很多。有很多老师，同学，朋友给我 了无私的关怀和帮助。毕业在即，衷心祝愿他们在以后的生活，学习，工作中 一帆风顺。 首先我要对我的导师刘海表示衷心的感谢，感谢他三年对我的悉心指导和 严格教诲。在学术上，刘海老师年轻有为，对待研究严谨求真，一丝不苟的态 度始终影响着我。在生活上，刘海老师平易近人，无微不至，处处留意，时时 尽心，他是一位生活中的挚友。三年时间里，刘海老师给我了很多建设性意 见，使我不仅学会了很多专业知识，而且也学会了很多做人的道理。本论文从 开题到完成，都离不开刘海老师的悉心指导，在此向刘海老师表示衷心的感 谢。 在此也要深深的感谢我们实验室各位老师，在学习中给了我莫大的帮助。 还有实验室师弟、师妹们，正是因为他们的热情活泼，为枯燥乏味的科研学习 生活带了无尽的乐趣。还要感谢我的室友，谢谢你们陪我一起走过，让我三年 的研究生生活变的丰富多彩。 最后，感谢背后默默支持我的父母，谢谢他们多年来的养育之恩和无私的 付出。 摘要 近年来，随着科技的进步和工业经济的飞速发展，人们活动已渗透至社会 生产的各个领域。但是在发展的背后存在存在一些亟待解决的问题，特别是环 境污染和工业安全生产一直是社会关注的重点。而在环境污染中引起温室效应 的主要气体甲烷，以及甲烷气体给煤矿安全开采带来的严重威胁，使得对甲烷 气体的实时监测显得尤为重要。 本文针对传统甲烷气体检测技术的不足，引入近年来迅速发展的非接触式 光 学 气 体 检 测 技 术 - 可 调 谐 二 极 管 激 光 吸 收 光 谱 （ Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）技术，设计了一种基于 TDLAS 技术的甲烷 浓度实时监测系统。本监测系统以朗伯-比尔定律为理论基础，结合 TDLAS 技 术用于气体检测中的相关理论，对 TDLAS 气体检测中的关键技术进行研究。 其中包括频率调制光谱学技术、谐波检测技术，以及对气体检测结果有较大影 响的光源和气室结构两个重要因素，提出光源选型、测定方案和气室结构的设 计方案。并在 Matlab 软件平台下对 TDLAS 技术气体检测原理和调制参数对检 测的影响两方面进行仿真，以便为监测系统设计提供参数设置参考。然后在上 述理论基础和研究分析上完成监测系统的总体设计，包含硬件设计和软件设 计。最后，在此监测系统平台上选用不同浓度的甲烷气体标气进行实验和标 定，对常温和变温测试结果进行研究分析，加入温度补偿技术，使得测试误差 明显降低，基本实现了对甲烷气体浓度的实时监测。 该论文有图 56 幅，表 7 个，参考文献 70 篇。 关键词：甲烷；可调谐二极管激光吸收光谱；波长调制；二次谐波检测； I ABSTRACT In recent years,human’s activities have infiltrated in many field of production,with the rapid development in science and industrial economy. However, many problems arisen in the development should be solved, especially the pollution of environment and industrial safety production which has been the focus of social attention. Methane is mainly caused by greenhouse gases in the environmental pollution, and the methane gas brings serious threat to coal mine safety mining.So ,as a consequence, it is very important to monitor methane in real time. In this paper, aiming at the shortcomings of the traditional methane gas detection technology, we introduced the non contact optical gas detection technology developed rapidly in recent years, which is called Tunable Diode Laser Absorption Spe