本文關(guān)鍵詞： TDLAS 水蒸氣檢測 諧波特性 模擬吸收信號源　出處：《山東大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：水蒸氣濃度的檢測在超高壓輸電系統(tǒng)、天然氣、能源利用領(lǐng)域均具有重要的意義。本文以可調(diào)諧半導(dǎo)體吸收光譜技術(shù)(TDLAS)為理論基礎(chǔ),對波長調(diào)制光譜技術(shù)(WMS)的理論模型進(jìn)行詳細(xì)分析,采用二次諧波法來檢測水蒸氣的濃度。對諧波法檢測水蒸氣濃度的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及工作方式進(jìn)行詳細(xì)闡述。對調(diào)制幅度、掃描范圍、溫控驅(qū)動以及參考信號與調(diào)制信號之間的相位差對于二次諧波特性的影響進(jìn)行了細(xì)節(jié)探究,為諧波波形的優(yōu)化提供了依據(jù)。并且,通過使用模擬吸收信號源對系統(tǒng)進(jìn)行分模塊標(biāo)定,對系統(tǒng)的性能檢測以及優(yōu)化具有重要意義。本文的內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)主要包括:1.對水蒸氣檢測在超高壓輸電、天然氣以及能源利用領(lǐng)域的重要意義進(jìn)行了概述;介紹了水蒸氣檢測的常用方法;并對本文中所使用的TDLAS諧波法的優(yōu)勢以及發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了說明。2.對水蒸氣吸收譜線以及其在不同情況下的展寬機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)探討;以比爾-朗伯定律為基礎(chǔ),在波長調(diào)制的情況下,對諧波法檢測氣體濃度的理論模型進(jìn)行了系統(tǒng)地分析研究;并對鎖相技術(shù)提取水蒸氣吸收產(chǎn)生的二次諧波信號的方法進(jìn)行了基本說明。3.對TDLAS諧波法測水蒸氣濃度的檢測系統(tǒng)主要元件構(gòu)成以及工作過程進(jìn)行詳細(xì)闡述。采用無水底的激光器、探測器來降低系統(tǒng)本底水噪聲;采用具有Herriot多次反射長光程氣室,有效地提高同等濃度信號的吸收強(qiáng)度;使用具有16位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換通道的高性能單片機(jī)來優(yōu)化檢測系統(tǒng)的分辨率;使用基于AD630的信號解調(diào)電路對二次諧波信號進(jìn)行有效準(zhǔn)確的提取。4.針對本文中所使用的二次諧波的峰-谷值檢測參量,對驅(qū)動信號對于諧波幅值影響進(jìn)行了詳細(xì)探索,并最終確定最佳的調(diào)制幅度以及掃描范圍。并且,針對溫控驅(qū)動以及參考信號與調(diào)制信號之間的相位差對于二次諧波對稱性的不同影響進(jìn)行了分析:溫控驅(qū)動主要影響二次諧波在基底處的對稱性,而參考信號與調(diào)制信號的相位差主要影響二次諧波在旁瓣處的對稱性。根據(jù)不同因素對諧波特性所產(chǎn)生的不同影響,針對性的提出了對諧波波形的優(yōu)化,并對剩余幅度所帶來的影響進(jìn)行補(bǔ)償。5.首次制作了基于二次諧波法水蒸氣濃度檢測系統(tǒng)的模擬吸收信號源,并通過模擬吸收信號源對基于二次諧波法檢測水蒸氣濃度的系統(tǒng)進(jìn)行模塊化分析標(biāo)定。根據(jù)比爾-朗伯定律,在波長調(diào)制的情況下,模擬水蒸氣實(shí)際吸收過程,將帶有吸收凹陷的驅(qū)動信號輸入至檢測系統(tǒng)。通過使用該模擬吸收信號源,實(shí)現(xiàn)對檢測系統(tǒng)不同組件性能的針對性分析。將該模擬吸收信號源分別輸入至系統(tǒng)中的電路系統(tǒng),電路以及光路系統(tǒng),電路、光路以及氣室(完整的系統(tǒng)),通過對檢測結(jié)果中諧波波形,系統(tǒng)線性度,系統(tǒng)穩(wěn)定性的對比分析,可對不同模塊進(jìn)行針對性優(yōu)化。最終通過實(shí)際吸收來對檢測系統(tǒng)的線性度以及穩(wěn)定進(jìn)行標(biāo)定研究。
[Abstract]:Based on the tunable semiconductor absorption spectrum technology ( TDLAS ) , this paper gives a detailed analysis of the theoretical model of the detection of water vapor concentration by means of tunable semiconductor absorption spectroscopy ( TDLAS ) .

【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN248;O433

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本文編號：1472676