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谈基于紫外差分光度法CEMS气体检测系统开发

收藏本文 2024-02-07 点赞:26945 浏览:121087 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:差分光度法(DOAS)是利用气体分子在紫外/可见波段的特点吸收来精确测量气体浓度的光学策略,在气体污染物探测方面具有广泛的运用。对烟气中有害气体的监测也是作为环境保护的重要依据。本论文采取紫外DOAS技术,对CEMS(连续烟气监测系统)进行了论述探讨与技术实现。通过对DOAS原理、吸收光谱的模型、光谱数据处理等的浅析,提出了基于DOAS的气体测量和计算模型。在具体的系统实现历程中,重点探讨了CCD像素定位算法计算、消除烟尘和水汽影响、光谱数据的高速采集、测量结果误差的制约等不足。本论文主要探讨内容与革新点:1、本论文浅析了朗伯-比尔定律的论述模型和在实际测量条件下的测量模型。探讨了瑞利散射和米氏(Mie)散射对于吸收光谱的影响,得到了包括瑞利散射和Mie散射对于气体分子吸收影响的测试模型。通过进一步修改测量模型的策略可以消除瑞利散射和Mie散射对气体测量的影响。2、探讨和探讨全息光栅在光谱分光方面的运用。通过全息光栅可以得到精确的光谱图。同时为了使测试结果精确,对各种光学器件的原理和性能详细浅析,实现了较为合理的选型。通过全息光栅模型推导,确定CCD上像素对应光谱的位置。3、通过硬件设计、元件驱动时序及接口驱动设计,光谱采集实现了数据的高速精确采集与计算,避开采集错误与误差。4、依据DOAS原理,探讨了烟气SO2和NOx校准策略,以此提升烟气监测的准确度。通过对气体浓度数据进行校正,系统达到了实用性的要求。5、研制了烟气排放连续监测系统,根据要求设计了系统硬件和软件。并对系统进行了测试,确定系统实际性能。关键词:差分光度法论文CCD传感器论文全息光栅论文瑞利散射论文吸收光谱论文MiniGUI论文氙灯论文

    摘要5-6

    ABSTRACT6-10

    第一章 绪论10-14

    1.1 本课题的探讨背景和作用10-11

    1.2 烟气排放连续监测的策略11-12

    1.3 论文探讨的主要内容12-14

    第二章 吸收光谱浅析与系统设计14-26

    2.1 吸收光谱法原理浅析14

    2.2 吸收光谱模型14-17

    2.2.1 紫外吸收光谱论述模型14-16

    2.2.2 紫外吸收光谱法测量模型16-17

    2.3 光谱数据处理策略17-20

    2.3.1 光谱预处理17-18

    2.3.2 分离吸收光谱18

    2.3.3 吸收截面的获取18-19

    2.3.4 反演浓度计算与气体校正19-20

    2.4 系统整体设计20-22

    2.5 系统嵌入式微处理器选择22-24

    2.5.1 数据采集板微处理器22-23

    2.5.2 人机交互板微处理器23-24

    2.6 嵌入式操作系统24-25

    2.7 图形界面开发环境25-26

    第三章 系统光学模块相关探讨26-33

    3.1 非球面全息凹面光栅的分光原理26-29

    3.2 光学模块相关元件29-32

    3.2.1 氙灯和滤光片29-31

    3.2.2 CCD 图像传感器31-32

    3.2.2.1 CCD 传感器分类31

    3.3.2.2 CCD 传感器基本原理31-32

    3.3 光学模块形成光谱历程浅析32-33

    第四章 系统硬件设计33-50

    4.1 数据采集模块设计33-44

    4.1.1 数据采集模块元件说明33-35

    4.1.2 数据采集历程浅析35-36

    4.1.3 光谱采集元件时序浅析36-40

    4.1.3.1 氙灯打灯时序浅析36

    4.1.3.2 CCD 传感器时序浅析36-38

    4.1.3.3 AD 转换器时序浅析38-39

    4.1.3.4 光谱数据采集综合时序浅析39-40

    4.1.4 光谱采集模块接口设计40-42

    4.1.4.1 DSP 的 SPI 接口设计40-41

    4.1.4.2 CCD 信号调理电路设计41-42

    4.1.4.3 光谱采集模块与主机接口42

    4.1.5 光谱采集模块电源电路42-44

    4.2 主控模块设计44-50

    4.2.1 主控模块核心板利用44-45

    4.2.2 主控模块接口设计45-48

    4.2.2.1 RS232 接口设计45-46

    4.2.2.2 温度传感器数据采集接口46-47

    4.2.2.3 氧传感器采集电路47-48

    4.2.3 主控模块电源设计48-50

    第五章 系统软件设计50-68

    5.1 数据采集模块算法设计50-53

    5.1.1 光谱采集算法浅析50-51

    5.1.2 光谱采集具体算法实现51-53

    5.2 主控模块软件设计53-61

    5.2.1 pnux 系统平台搭建53-57

    5.2.1.1 移植 Bootloader53-54

    5.2.1.2 pnux 内核移植54-56

    5.2.1.3 根文件系统制作56-57

    5.2.2 系统图形用户界面搭建57-61

    5.2.2.1 MiniGUI 的移植57-58

    5.2.2.2 系统运用程序界面设计与运转58-61

    5.3 接口驱动实现61-68

    5.3.1 串口驱动程序设计61-65

    5.3.2 ADC 驱动实现65-68

    第六章 系统测试与结果浅析68-74

    6.1 温度测试68-69

    6.2 气压测试69-70

    6.3 气体交叉干扰测试70-71

    6.4 高浓度样气误差测试71-72

    6.5 光解测试72

    6.6 测试结果浅析72-74

    第七章 总结与展望74-75

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