| 【中文题名】 | 基于光谱吸收的CO_2浓度检测系统的理论与实验研究 |
| 【英文题名】 | Theoretic and Experimental Study of Detection System about CO_2 Concentration Based on Spectral Absorption |
| 【学科专业】 | 测试计量技术及仪器 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-7-30 |
| 【中关键词】 | 气体传感器,二氧化碳,红外光谱吸收,可调谐二极管激光器,谐波检测, |
| 【英关键词】 | Gas sensor,Carbon dioxide,Infrared spectral absorption,Tunable diode laser,Harmonic detection, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化系统>数据处理、数据处理系统>集中检测与巡回检测系统 |
| 【论文摘要】 |
CO_2是燃煤电站和机动车排放的主要污染气体之一,严重的气体污染不仅造成了巨大的经济损失,而且逐渐危害着人类生存,因此,对大气污染物进行监测对于环境保护和控制治理具有重要意义。本课题以CO2为检测对象,研究了带有浓度信息的吸收曲线随压强和温度变化的关系,该方法可以推广到其它具有红外光谱吸收特性的污染气体。
基于光谱吸收的气体传感器由于其显著的优点而广泛应用,本文在综述了气体检测的各种技术和国内外的研究现状后选用了可调谐二极管激光光谱法。基于气体红外吸收的谐波检测技术主要是通过高频调制某个依赖于频率的信号,使其扫描待测的特征信号;在信号处理系统中,以调制频率或调制频率的倍频作为参考信号,然后用锁相放大器记录下待测的特征信息。这种测量方法具有灵敏度高、不受环境其它气体影响、抗电磁干扰等优点。
应用量子力学和分子光谱理论分析了气体分子的吸收线型、吸收展宽和吸收谱线的强度分布等特性,给出了Beer-Lambert定律、积分吸收系数和峰值吸收系数的理论解释。
在理论分析的基础上,选定了光源、探测器,并确定了锁相放大器的工作方式。设计了实验方案,实验步骤,确定了数据处理方法。
最... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
5-6 |
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Abstract |
6-11 |
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第1章 绪论 |
11-19 |
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1.1 课题背景 |
11-12 |
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1.2 气体检测技术的基本方法 |
12-15 |
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1.2.1 色谱、质谱分析和色谱－质谱联用技术 |
12 |
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1.2.2 化学发光测量技术 |
12-13 |
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1.2.3 基体分离和电子自旋共振(MIESR)技术 |
13 |
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1.2.4 绝热超声膨胀与激光诱导荧光技术 |
13-14 |
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1.2.5 光学和光谱学技术 |
14-15 |
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1.3 国内外的研究现状 |
15-17 |
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1.4 课题来源和主要研究内容 |
17-19 |
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1.4.1 课题来源 |
17 |
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1.4.2 主要研究内容 |
17-19 |
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第2章 光谱吸收气体测量系统的理论基础 |
19-39 |
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2.1 光谱学基础理论 |
19-23 |
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2.1.1 光谱学的概念及分类 |
19-20 |
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2.1.2 光谱分析的分类 |
20-21 |
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2.1.3 分子光谱 |
21-23 |
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2.2 谱线线型理论 |
23-29 |
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2.2.1 激发态寿命与谱线的自然宽度 |
23-25 |
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2.2.2 原子的无规则热运动与多普勒变宽 |
25-26 |
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2.2.3 原子碰撞效应与洛仑兹变宽及霍尔兹马克变宽 |
26-27 |
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2.2.4 场效应与斯塔克变宽和塞曼变宽 |
27-29 |
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2.3 光谱吸收式气体检测的原理及主要技术 |
29-38 |
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2.3.1 Beer-Lambert 定律 |
29-30 |
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2.3.2 积分吸收系数 |
30-32 |
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2.3.3 主要检测技术 |
32-38 |
|
2.4 本章小结 |
38-39 |
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第3章 CO_2光谱分析及谐波检测技术 |
39-57 |
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3.1 气体分子吸收谱线的强度分布 |
39-40 |
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3.2 CO_2 分子的典型吸收线 |
40-41 |
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3.3 调制技术 |
41-44 |
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3.3.1 气体浓度调制 |
41-42 |
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3.3.2 光源强度调制 |
42-43 |
|
3.3.3 吸收系数调制 |
43-44 |
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3.4 谐波检测技术 |
44-47 |
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3.4.1 谐波检测原理 |
44-46 |
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3.4.2 谐波检测设计方案 |
46-47 |
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3.5 主要实验器件的选择 |
47-55 |
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3.5.1 光源 |
47-49 |
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3.5.2 光电探测器 |
49-53 |
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3.5.3 锁相放大器 |
53-55 |
|
3.6 本章小结 |
55-57 |
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第4章 检测CO_2 吸收特性实验 |
57-68 |
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4.1 测量系统实验设计 |
57-60 |
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4.1.1 实验的理论模型 |
57-58 |
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4.1.2 实验仪器 |
58 |
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4.1.3 Origin 软件介绍 |
58-59 |
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4.1.4 实验采集数据的处理方法 |
59-60 |
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4.2 CO_2 测量实验 |
60-67 |
|
4.2.1 常温常压下CO_2 吸收下情况 |
60-63 |
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4.2.2 变压强情况下CO_2 的吸收 |
63-64 |
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4.2.3 常温常压下不同浓度 CO2 的吸收情况 |
64-66 |
|
4.2.4 变温度情况下 CO2 的吸收 |
66-67 |
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4.3 本章小结 |
67-68 |
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结论 |
68-69 |
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参考文献 |
69-73 |
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攻读硕士学位期间发表的论文 |
73-74 |
|
致谢 |
74-75 |
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作者简介 |
75 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.383855 |
