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光谱工业气体激光在线监测仪研制

收藏本文 2024-03-14 点赞:4232 浏览:11479 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:当今社会,环境污染不足日趋严重,引起了人们越来越多的关心和重视。我国虽然正处于高速进展阶段,但是作为一个进展中国家,要想实现社会经济的可持续性进展,必须采取有效措施来应对环境污染不足。随着我国各项工业建设的蓬勃进展,工业历程在化学反应时产生的各种烟气污染不足也日益突出,大气环境保护工作面对着严峻的挑战。由此,如何实现对工业现场的有害气体浓度进行实时准确地监测,是一个亟待解决的不足。本论文主要探讨开发了一套基于气体红外光谱吸收原理的工业气体激光在线监测设备。并针对CO气体进行了实验室试验和工业化试验。试验表明该设备在稳定性、重复性、灵敏度、响应速度等重要量能指标上都有较好的体现,能够满足工业现场运用的要求。同时,在无需对设备电路结构进行大的改动的情况下,通过对激光器波长的特定设置和光路改善,即可测量其它多种气体的浓度,在众多需要气体浓度测量的工业领域具有好的运用前景。本论文的主要内容可概括如下:(1)论文的绪论部分首先讨论了课题的来源,浅析了课题的探讨背景。在此基础上提出了课题探讨的作用。此外,还对国内外相关技术的探讨近况进行了介绍并提出了探讨策略与步骤。(2)第二章浅析了系统关键技术及原理,基于气体分子红外光谱吸收论述和比尔-朗伯特定律,浅析了可调谐半导体激光技术(TDLAS)。并提出采取单线光谱技术、波长调制技术与锁相放大技术来提升系统的检测灵敏度的策略。(3)第三章在论述浅析的基础上,确定了系统设计案例,其中制约单元由FPGA构建Nios Ⅱ软核实现;光源调制单元由电流调制部分和温度调制部分组成;微光信号检测单元由光电探测器、前置放大部分、滤波部分和锁相放大部分组成;数据采集制约模块由编程制约采集芯片实现;本章还对系统光路设计进行了简单介绍。(4)第四章首先针对气体进行了吸收峰的选择,进而确定特定波长DFB LD激光器作为光源。接着进行了各项实验探讨,包括:光源光谱测试、样机性能实验和工业现场试验,并对实验结果进行讨论和浅析。关键词:红外光谱吸收论文TDLAS论文FPGA论文NiosⅡ论文DDS算法论文

    摘要4-5

    Abstract5-8

    第一章 绪论8-13

    1.1 引言8-9

    1.2 课题的来源、目的、作用9

    1.2.1 课题的来源9

    1.2.2 课题的目的9

    1.2.3 课题的作用9

    1.3 国内外探讨近况9-10

    1.4 执行的标准和规范10-11

    1.5 探讨策略11

    1.6 探讨步骤11-13

    第二章 系统关键技术及原理13-22

    2.1 引言13

    2.2 气体分子的红外光谱吸收原理13-15

    2.3 比尔—朗伯特 (Beer-Lambert)定律15-16

    2.4 可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术16-19

    2.4.1 TDLAS 技术概述16

    2.4.2 “单线光谱”测量16-17

    2.4.3 波长调制技术17-19

    2.5 锁相放大技术19-21

    2.5.1 锁相放大技术介绍19-20

    2.5.2 锁相放大技术工作原理20-21

    2.6 本章小结21-22

    第三章 系统原理实现及技术运用22-50

    3.1 引言22-24

    3.2 制约单元24-32

    3.2.1 FPGA 及 Nios Ⅱ 介绍24

    3.2.2 FPGA 电路设计24-27

    3.2.3 FPGA 内部软核写作27-30

    3.2.4 软件设计30-32

    3.3 电流调制的实现32-39

    3.3.1 DDS 算法的原理32-33

    3.3.2 DDS 模块的 FPGA 实现33-36

    3.3.3 DDS 模块浅析36-39

    3.4 温度调制的实现39-41

    3.5 微光信号检测单元41-45

    3.5.1 光电探测器41

    3.5.2 前置放大电路41-42

    3.5.3 滤波电路42-43

    3.5.4 锁相放大电路43-45

    3.6 ADS8361 采集模块45-48

    3.7 光路设计48-49

    3.8 本章小结49-50

    第四章 系统实验50-64

    4.1 引言50

    4.2 试验仪器及材料50

    4.3 CO 吸收峰的选择50-52

    4.4 光源光谱测试52-55

    4.4.1 温度对光源中心波长的影响52-53

    4.4.2 注入电流对光源中心波长的影响53-55

    4.5 实验室性能试验55-60

    4.5.1 性能试验参比条件55-56

    4.5.2 线性误差56-57

    4.5.3 重复性57-58

    4.5.4 输出波动58

    4.5.5 零点漂移和量程漂移58-59

    4.5.6 最小工作透过率及透过率变化误差59-60

    4.6 工业现场试验60-63

    4.7 本章小结63-64

    第五章 总结与展望64-66

    5.1 工作总结64

    5.2 革新点64

    5.3 今后工作展望64-66

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