基于TDLAS的大氣CO2監(jiān)測技術研究.pdf

1、近年來隨著科技和工業(yè)水平越來越高,全球溫度逐漸升高,引發(fā)了一系列環(huán)境問題,極地冰川不斷開始融化,土地沙漠化日益嚴重,全球氣候變暖已經成為人類關注的重大環(huán)境問題之一。在生活和工業(yè)生產過程中產生的CO2等溫室氣體產生的溫室效應是全球氣候變暖的重要原因,因此監(jiān)測大氣環(huán)境中CO2的含量是十分必要的?？烧{諧半導體激光光譜(TDLAS)技術具有檢測靈敏度高、響應速度快和分辨率高等特點,在監(jiān)測大氣痕量氣體領域有著廣泛應用。
　　根據(jù)光譜學的基本

2、原理,每一種物質都有自己特有的吸收光譜,結合本系統(tǒng)光源的選擇,本文選擇了1572nm附近的吸收線。在利用 TDLAS技術檢測氣體濃度時,常用的有直接吸收光譜技術、調制光譜技術和諧波檢測技術,為了有效降低噪聲的干擾,本系統(tǒng)對半導體激光器進行波長調制,結合二次諧波檢測,實現(xiàn)大氣 CO2的高精度測量。本文詳細闡述了基于 TDLAS技術測量氣體濃度的基本原理,并對波長調制和二次諧波檢測的理論進行了推導計算。
　　通過 TDLAS技術測量氣

3、體濃度的理論分析,提出了本系統(tǒng)的設計方案,將激光發(fā)射至外場大氣中,在一定距離處放置角反射器,激光經反射回到透鏡處,然后對回波信號進行接收處理。本系統(tǒng)可以分為發(fā)射系統(tǒng)、信號調制與解調系統(tǒng)、接收系統(tǒng)和信息采集與處理系統(tǒng)四部分,然后詳細介紹了每一部分,并對關鍵器件進行了選型,逐步完成 TDLAS系統(tǒng)的搭建。系統(tǒng)搭建完成以后,首先測試了半導體激光器的溫度和電流的調諧特性,確定激光器的工作溫度和工作電流。之后測定了多次反射池中不同濃度的CO2氣體

4、,然后對外場大氣進行了較長時間的監(jiān)測,最終得到外場大氣CO2的變化曲線,得到了滿意的結果。
　　本論文基本完成了外場長光程大氣中CO2濃度的測量,對研究監(jiān)測大氣中CO2含量的技術有一定的參考意義,但由于實驗時間和條件的限制,研究內容還有待深化,需要優(yōu)化測量系統(tǒng),引入溫度和壓強的變化對測量結果的影響,可以在大氣中分成兩路光路,同時對大氣和校準氣室進行測量,兩路光路的溫度和壓強是相同的,可以避免溫度和壓強的影響,以及分析系統(tǒng)的各個誤差