本文關鍵詞：基于TDLAS直插式氨氣在線檢測系統(tǒng)的研究

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【摘要】：隨著環(huán)境污染問題的社會關注度越來越高,污染氣體的排放標準也日趨嚴格,對痕量氣體的檢測是環(huán)境檢測系統(tǒng)未來必然的發(fā)展方向。在火電廠,氨氣被廣泛應用于脫硫脫硝的過程中充當還原劑,作為重要的反應氣,其濃度的檢測至關重要。一般情況下,電廠氨氣逃逸濃度被限定在3ppm以下,濃度很低,且煙道環(huán)境惡劣,因此要求系統(tǒng)有良好的探測精度和良好的穩(wěn)定性。根據(jù)這些應用需求,本論文研發(fā)了一套針對逃逸氨的直插式氨氣濃度在線檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用STM32芯片作為MCU, TDLAS技術作為探測方法,DFB激光器作為測量光源,通過激光器波長調制和二次諧波檢測完成痕量氨氣微弱濃度信號的提取,經(jīng)24位AD采集和數(shù)字濾波將濃度值由STM32傳至顯示面板或上位機,完成濃度測量。在測量端,本系統(tǒng)采用直插式角錐系統(tǒng)的設計,增加了吸收光程和探測靈敏度,降低了儀器安裝調試難度,同時提高了光路穩(wěn)定性；在信號處理端,本系統(tǒng)通過諧波信號標態(tài)化扣除背景信號,提高了系統(tǒng)的測量準確性和探測精度,經(jīng)實物研發(fā)和實驗室驗證,該測量系統(tǒng)精度可達0.1ppm,滿足逃逸氨測量要求。本論文主要分原理、設計和實驗三大部分,原理部分主要包括煙氣脫硝原理,DFB激光器的工作原理和調諧方式,TDLAS光譜分析技術的實現(xiàn)方法和諧波檢測理論的推導,設計部分主要包括氨氣吸收波段的選擇,系統(tǒng)測量方式的選擇,系統(tǒng)整體方案的設計,直插式角錐系統(tǒng)的設計,系統(tǒng)光路和氣室的設計,儀器硬件電路系統(tǒng)的開發(fā)和下位機軟件的開發(fā)。實驗部分主要包括測試系統(tǒng)的搭建,波長調制參數(shù)的優(yōu)化,信號標態(tài)化的處理和儀器精度的分析。
【關鍵詞】：直插式 逃逸氨檢測 二次諧波 TDLAS DFB STM32
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X84;X773
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1. 緒論10-15
• 1.1 研究目的與意義10-11
• 1.2 研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 課題研究主要內容13-15
• 1.3.1 課題主要工作13-14
• 1.3.2 論文章節(jié)安排14-15
• 2. 系統(tǒng)原理及要求15-24
• 2.1 煙氣脫硝原理15-17
• 2.1.1 煙氣脫硝實現(xiàn)方法15-16
• 2.1.2 逃逸氨測量要求16-17
• 2.2 分布式反饋激光器17-19
• 2.2.1 分布式反饋激光器原理及調諧方式17-19
• 2.2.2 DFB-LD和DBR-LD19
• 2.3 TDLAS原理19-24
• 2.3.1 氣體紅外吸收光譜20
• 2.3.2 TDLAS技術20-21
• 2.3.3 波長調制方法21-22
• 2.3.4 諧波檢測理論22-24
• 3. 系統(tǒng)方案設計24-38
• 3.1 吸收波段的選擇24
• 3.2 激光器的選擇24-26
• 3.3 探測器的選擇26-28
• 3.4 測量方式的選擇28-30
• 3.5 系統(tǒng)整體設計30-32
• 3.6 系統(tǒng)光學設計32-35
• 3.6.1 角錐系統(tǒng)33-34
• 3.6.2 系統(tǒng)光路設計34-35
• 3.7 系統(tǒng)氣室設計35-38
• 3.7.1 參考氣室設計35-36
• 3.7.2 測量氣室的設計36-38
• 4. 系統(tǒng)硬件設計38-49
• 4.1 STM32芯片38
• 4.2 激光器驅動模塊38-41
• 4.3 激光器溫控模塊41-42
• 4.4 激光器狀態(tài)檢測模塊42-44
• 4.4.1 激光器溫度監(jiān)控43
• 4.4.2 激光器工作電流監(jiān)控43-44
• 4.5 次諧波信號處理模塊44-46
• 4.6 AD采集模塊46-49
• 5. 系統(tǒng)軟件設計49-58
• 5.1 AD采集軟件設計49-55
• 5.1.1 AD芯片的設置50-52
• 5.1.2 數(shù)據(jù)采集52-55
• 5.2 激光器狀態(tài)監(jiān)測軟件設計55-57
• 5.3 系統(tǒng)總體軟件設計57-58
• 6. 系統(tǒng)測試與分析58-66
• 6.1 系統(tǒng)搭建58-59
• 6.2 檢測系統(tǒng)參數(shù)的選擇59-62
• 6.3 數(shù)據(jù)處理與結果分析62-66
• 6.3.1 次諧波信號標態(tài)化62-64
• 6.3.2 實驗結果分析64-66
• 7. 結論與展望66-68
• 參考文獻68-70
• 作者簡介70

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本文編號：536151