荧光法二氧化硫气体光纤检测系统的研究毕业设计.doc

荧光法二氧化硫气体光纤检测系统的研究毕业设计 目 录 摘要 I Abstract II 第1章 绪论 1 1.1 课题背景 1 1.2 二氧化硫气体检测的常见理论和方法 2 1.3 荧光法测量二氧化硫方法的研究现状 4 1.4 本章小结 6 第2章 荧光法检测的原理和设计方案 8 2.1 荧光产生的原理 8 2.2 荧光法二氧化硫检测法的机理 9 2.2.1 二氧化硫产生荧光的过程 9 2.2.2 荧光法检测二氧化硫的原理 10 2.3 二氧化硫检测系统的整体设计方案 12 2.4 本章小结 13 第3章 系统的光学部分 14 3.1 光源的选择 14 3.2 透镜的选择 16 3.3 滤光片的选择 16 3.4 光纤耦合器 17 3.5 双光路的设计 18 3.7系统光纤及气室的耦合 20 3.8气室的设计 21 3.9本章小结 23 第4章 电路部分和控制部分 25 4.1光电转换电路 25 4.1.1 外光电效应 26 4.1.2 光电倍增管的工作原理 26 4.3前置电路 29 4.4 放大滤波电路 31 4.5 锁相放大电路 34 4.5.1 锁相放大器的工作原理 34 4.5.2 锁相放大器的选择 36 4.6模数转换器 36 4.7 控制部分 37 4.8本章小结 40 结论 41 参考文献 42 致谢 44 附录一 开题报告 附录二 中期报告 附录三 外文原文 附录四 外文翻译 第1章 绪论 1.1 课题背景 随着我国社会经济的发展，建设现代化国家进程的加速，加之环保意识不强，我国的环境问题越来越严峻，不仅危害到经济的可持续性发展，也严重影响了人民群众的身体健康，因此环境问题也受到越来越多的关注，其中空气问题因为与人民生活息息相关，尤其受到人民的关注。 近来年关于PM2.5（细颗粒物)的报道不断地见诸报端，PM2.5的危害已经引起了政府和人民的关注，也做了很多的工作来防止细颗粒物的危害。环境问题也越来越受到大众的关注，但是很多人不知道在空气中比细颗粒物危害性更大的是二氧化硫。二氧化硫已经被欧美西方国家列为6种标准污染物中对人类威胁最大的污染物。二氧化硫是自然界中最常见的气体硫氧化合物，二氧化硫是大气中分布最广、影响人类生命财产最严重的气体污染物之一。二氧化硫是形成酸雨的元凶，在严重影响生态平衡的同时，也严重影响了人类的身体健康。大气中二氧化硫的主要来自两个方面:一是自然过程，火山爆发、沼泽和大陆架等处所释放的硫化氢，进入空气后被氧化为二氧化硫;二是来自人类的生产和生活活动，这是最主要的来源，生活上和工矿企业生产过程中涉及到含硫燃料和原料，都是产生二氧化硫的来源，而二氧化硫的主要来源是矿物燃料的燃烧过程。随着我国经济的日益发展，石油等矿物燃料需求也日益增多，我国已经成为二氧化硫污染最严重的国家之一[1]。据有关资料表明，我国二氧化硫的排放量在1995年已经超过欧美等先进国家居世界首位，2013年我国二氧化硫排放总量超过2000万吨，依然位居世界第一，同时我国有近三分之一的国土出现酸雨，是世界上三大酸雨区之一。我国空气中二氧化硫污染问题已经刻不容缓的地步。 为了减少我国二氧化硫的排放量，减少二氧化硫对我国的危害，必须要对二氧化硫主要来源的工矿企业、发电厂等二氧化硫排放大户进行有效的检测，同时随着人民对生活环境越来越重视，对检测仪器精度的要求也水涨船高，因此各种各样的二氧化硫检测仪器和检测方法应运而生。 1.2 二氧化硫气体检测的常见理论和方法 为了达到精确测量二氧化硫的浓度的目的，目前，来自不同国家的科学家们己经提出多种可以定性和定量分析二氧化硫的检测方法，如植物监测法、电量法、溶液电导法、分光光度法、光纤传感器法、动力荧光法、光学法红外吸收法、紫外吸收法、紫外荧光法。主要检测方法按其检测的性质可以分为物理方法和化学方法。 （1）n 型多孔硅作为传感材料，激发光源为蓝光发光二激管。通过微型光纤光谱仪测量二氧化硫气氛中多孔硅的光致发光猝灭程度, 从而获取二氧化硫含量信息; 2009年燕山大学的王玉田、杨俊明等人利用二氧化硫在激光照射下的荧光现象，结合光纤技术，采用了紫外荧光法检测的方法，在方法的操作简单、精密性高、抗干扰性强的优点上，设计了双光路检测的方法，克服了光源不稳定的干扰，进一步提高了检测的灵敏度。 2012年燕山大学的王书涛、崔彦彦设计了完整的二氧化硫光纤测量系统，在设计中光路检测系统和分配系统相结合，用于实现了实现了气体传感系统中荧光检测的有效集成，光源调制锁定检测技术和双光路和查检技术也用运用到系统中去，提高了灵敏度，灵敏度为2ppm，并且误差小于0.109。 1.4 本章小结 本章主要叙述了空气中二氧化硫对人体和自然地危害性，指出二氧化硫环境的检测势在必