【摘要】：二硫化碳(CS_2)是一種分布廣泛的有毒、惡臭的環(huán)境污染物,會對工業(yè)安全和人體健康造成嚴(yán)重威脅,二硫化碳氣體的在線監(jiān)測對污染排放控制和安全保障具有重要意義。本文針對二硫化碳在中紅外譜段的帶狀譜吸收特征,研究基于分布反饋式量子級聯(lián)激光器(DFB-QCL)的高靈敏檢測技術(shù),實現(xiàn)了二硫化碳氣體的在線監(jiān)測。主要工作包括:第一,DFB-QCL光機耦合組件的設(shè)計、制作及驗證。根據(jù)QCL激光器熱功率大、散熱要求高等特點以及實際工作中的溫度控制需求,設(shè)計制作了QCL光機組件,核心模塊有兩級溫控、激光器夾持、光路準(zhǔn)直微調(diào)。加工裝配后對組件溫控性能進行了測試,驗證了QCL組件在實際工作過程中的有效性和穩(wěn)定性。第二,發(fā)展了兩種基于DFB-QCL的高靈敏的帶狀吸收光譜檢測技術(shù)。先利用光譜數(shù)據(jù)庫在擬測量譜段內(nèi)分析二硫化碳常見共存物的吸收干擾,篩選了二硫化碳工作譜線。然后一方面,采用DFB-QCL差分吸收光譜技術(shù),從算法推導(dǎo)、仿真實驗、實測實驗三個方面對窄譜段(約3個波數(shù))內(nèi)實現(xiàn)多種氣體檢測的有效性和準(zhǔn)確性進行了分析,并實現(xiàn)了二硫化碳、一氧化碳和氧化亞氮的同時測量;另一方面,采用DFB-QCL調(diào)制吸收光譜技術(shù),針對帶狀譜調(diào)制檢測中譜線重疊的問題對調(diào)制系數(shù)選取和光學(xué)條紋消除兩個關(guān)鍵點進行了優(yōu)化與實驗驗證,實現(xiàn)了二硫化碳的高靈敏、高特異性檢測。第三,二硫化碳在線分析儀的集成與性能評價。在QCL光機組件和所發(fā)展的帶狀譜調(diào)制吸收光譜技術(shù)以及本實驗室先前自主研發(fā)的數(shù)字鎖相電路板、溫度控制板的基礎(chǔ)上,集成了高靈敏的二硫化碳在線分析儀,并設(shè)計實驗對分析儀的線性度、檢測限、重復(fù)性、零點漂移、不確定度等性能進行了評價。本文設(shè)計的光機組件為QCL激光器提供了至關(guān)重要的安全防護、激光準(zhǔn)直輸出、兩級溫度控制環(huán)節(jié)和注入電流接口;QCL差分吸收光譜技術(shù)實現(xiàn)了在窄譜段內(nèi)的多種氣體同時高靈敏檢測,而QCL調(diào)制吸收光譜技術(shù)則是在帶狀吸收上實現(xiàn)了調(diào)制譜檢測,這是對調(diào)諧吸收光譜技術(shù)的重要補充和拓展。二硫化碳激光分析儀的評價結(jié)果,充分展示了QCL光機組件的高穩(wěn)定性、寬帶調(diào)制吸收光譜技術(shù)的高靈敏與強抗干擾能力,可應(yīng)用于現(xiàn)場環(huán)境下二硫化碳在線監(jiān)測,對于其它寬帶吸收氣體的檢測也具有借鑒價值。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH744.5
【圖文】：

差分吸收光譜示意圖

圖 2-2 二硫化碳的吸收系數(shù)譜圖，光譜分辨率 0.06cm-1，1atm，296 K。在二硫化碳的帶狀譜檢測中，為了查找空氣成分在光譜上對二硫化碳的強擾，我們在二硫化碳 ν1+ν3 吸收譜帶范圍內(nèi)用 HITRAN 數(shù)據(jù)庫的 IAO 標(biāo)準(zhǔn)模型[48]進行空氣成分干擾譜線分析。在實驗室激光器可達到的調(diào)諧范

【參考文獻】

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本文編號：2722910