调谐二极管激光吸收光谱中的若干关键技术研究

光谱学论文 调谐二极管激光吸收光谱论文 二次谐波信号论文 参数优化论文 数据处理论文 调谐特性论文
论文详情
调谐二极管激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS)是通过对二极管激光器施加调谐信号实现波长扫描,获得气态物质吸收谱线从而推算其成分和状态信息的检测技术,广泛应用于工业及环境领域的气体检测中。本论文以对TDLAS技术检测性能的提高和检测范围的扩展提供技术支撑为研究目的,针对TDLAS技术系统优化和信号处理开展关键技术研究,包括系统参数优化、数据处理流程、波长对应过程以及应用技术中的计算方法。主要的工作内容包括以下四个方面:1、系统参数优化:基于TDLAS的调制理论,对调制参数和锁相参数在系统运行中的功能和影响信号的机理进行研究。根据检测需求提取信号特征值,通过实验观察各参数变化对信号特征值的影响,总结影响规律,以此为基础给出系统在浓度和压强检测中各参数优化的依据和方法。对锁相放大器时间常数与调制参数联合影响信号进行实验观察及分析,给出在不同情况下参数选择依据和应注意的问题。2、数据处理流程:讨论并验证TDLAS数据处理流程中各步骤的作用,针对不同信号观察处理效果。将温度调谐数据与电流调谐数据进行比较,采用数值计算方法和信号处理手段对不利于后期处理的特征加以改进,使其在形式构成和波长对应过程上与电流调谐方法一致。在特征值提取过程中,采用相邻极值点求差分柱的算法简化提取流程,评价处理结果,论证其在数据处理和读取过程中的优点以及与其他匹配检索技术结合的可能性。在吸收峰临近或重叠的情况下,以线型公式二阶导数叠加的形式拟合曲线,得到各吸收峰的数值信息。3、波长对应过程:分析波长对应过程在压强检测中的重要性,结合激光器的静态调谐特性,研究了信号采样点在对应波长过程中的误差来源。在波长计算方式上,根据激光器工作原理,用查找对应二次拟合曲线的方法得到采样点对应的波长值,消除了调谐非线性对线形检测造成的影响。分别研究调制幅度和扫描频率对实际发射波长的影响机理,此为基础对检测信号进行了调制幅度校正和扫描频率校正,消除了不同调制参数下检测信号波长序列之间的差异,保证了信号的线形检测精度。4、应用技术中的计算方法:在之前工作的基础上,对TDLAS系统的实际应用进行探索,针对不同需求,应用不同调谐方式和处理流程分别进行单一组分浓度检测、多组分气体检测、压强测量和长光程大气监测等实验。选择适当的分析手段和拟合方法对待测值进行计算,得到一套TDLAS系统实际应用的计算方式和优化过程,对此技术今后的应用发展起到指导作用。
摘要第1-5页
ABSTRACT第5-10页
第一章 绪论第10-17页
   ·本课题的研究背景及意义第10-11页
   ·本课题国内外研究现状第11-14页
     ·TDLAS 技术的发展历程第11-12页
     ·TDLAS 的技术特点第12-13页
     ·TDLAS 技术的发展现状及存在的问题第13-14页
   ·本论文的研究内容第14-17页
第二章 调谐激光光谱分析的理论基础第17-25页
   ·气体吸收的基本原理及吸收线型第17-20页
     ·气体吸收的基本原理第17-18页
     ·气体吸收线线型第18-20页
   ·谐波探测的基本原理第20-22页
   ·TDLAS 技术物理量检测的基本原理第22-24页
   ·本章小结第24-25页
第三章 系统构成及关键参数优化第25-52页
   ·系统构成及调谐方法第25-30页
     ·系统概述第25-26页
     ·各器件功能及关键参数介绍第26-27页
     ·电流调谐和温度调谐第27-30页
   ·调制参数对检测信号的影响及优化第30-37页
     ·调制参数优化意义第30页
     ·调制参数及信号特征介绍第30-32页
     ·调制参数对检测信号的影响第32-36页
     ·调制参数选择依据第36-37页
   ·锁相参数对信号的影响及优化第37-50页
     ·锁相放大器在TDLAS 系统中的作用第37-39页
     ·锁相放大器主要参数第39-40页
     ·时间常数对检测信号的影响第40-50页
     ·时间常数及其与调制参数的选择依据第50页
   ·本章小结第50-52页
第四章 TDLAS 数据处理研究第52-90页
   ·TDLAS 数据处理的作用及意义第52-53页
   ·TDLAS 通用数据处理流程第53-63页
     ·起始点对齐第53-55页
     ·粗大误差剔除第55-56页
     ·多周期平均第56-57页
     ·平滑滤波第57-63页
   ·温度调谐数据预处理研究第63-70页
     ·预处理过程的意义第63-64页
     ·温度调谐数据特征第64-66页
     ·预处理过程及结果第66-70页
   ·差分柱算法用于谱线特征提取第70-82页
     ·系统稳定性分析第70-72页
     ·背景信号扣除第72-79页
     ·差分柱算法提取谱线特征第79-82页
   ·线型拟合方法用于谱线特征提取第82-89页
     ·线型拟合方法的意义第82-83页
     ·吸收线线型函数的高阶表达式第83-85页
     ·单一吸收峰的线型拟合第85-87页
     ·混叠多峰的线型拟合第87-89页
   ·本章小结第89-90页
第五章 波长对应过程中的误差分析与校正方法第90-103页
   ·TDLAS 信号波长对应过程第90-93页
     ·波长对应过程的意义第90-91页
     ·激光器静态调谐特性第91-92页
     ·波长对应过程存在的问题第92-93页
   ·调制参数对波长对应过程的影响第93-96页
     ·调制幅度影响机理第93-94页
     ·扫描频率影响机理第94-96页
   ·线形检测校正第96-101页
     ·调谐非线性校正第96-98页
     ·调制幅度校正第98-100页
     ·扫描频率校正第100-101页
   ·本章小结第101-103页
第六章 TDLAS 系统应用技术中的计算方法第103-122页
   ·电流调谐单一组分检测第103-106页
   ·温度调谐多组分气体检测第106-112页
   ·温度调谐压强检测第112-117页
   ·开放式长光程大气CO_2 检测第117-121页
   ·本章小结第121-122页
第七章 总结与展望第122-125页
   ·研究工作总结第122-123页
   ·创新点总结第123-124页
   ·下一步的研究方向第124-125页
参考文献第125-136页
发表论文和科研情况说明第136-137页
致谢第137页
论文购买
论文编号ABS536510,这篇论文共137页
会员购买按0.30元/页下载,共需支付41.1
不是会员,注册会员
会员更优惠充值送钱
直接购买按0.5元/页下载,共需要支付68.5
只需这篇论文,无需注册!
直接网上支付,方便快捷!
相关论文

点击收藏 | 在线购卡 | 站内搜索 | 网站地图
版权所有 艾博士论文 Copyright(C) All Rights Reserved
版权申明:本文摘要目录由会员***投稿,艾博士论文编辑,如作者需要删除论文目录请通过QQ告知我们,承诺24小时内删除。
联系方式: QQ:277865656