乙炔近紅外吸收光譜理論及檢測技術(shù)研究.pdf

1、隨著化工工業(yè)的迅速發(fā)展，乙炔已經(jīng)成為化工生產(chǎn)過程中有機(jī)合成最重要的原材料。但因其易燃的特性，與空氣混合形成爆炸性混合物，這嚴(yán)重威脅化工生產(chǎn)的安全。因此，準(zhǔn)確檢測乙炔氣體濃度對保障工業(yè)生產(chǎn)安全具有重要的意義。伴隨激光光譜技術(shù)的發(fā)展，可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)因其高靈敏度、高分辨率、快速響應(yīng)和無損探測的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于氣體檢測領(lǐng)域。直接吸收光譜(DAS)作為一種直接的光譜方法，通過檢測分子與激光相互作用時(shí)的光強(qiáng)變化量，并結(jié)

2、合郎伯-比爾定律與非線性最小二乘法擬合算法，即可反演出分子的濃度信息。吸收光譜所依賴的HITRAN數(shù)據(jù)庫中的光譜參數(shù)均為理論計(jì)算結(jié)果，在實(shí)際應(yīng)用中需要對其進(jìn)行測量校正，以提高濃度反演的精確度。
　　本文選用工作在近紅外波段的半導(dǎo)體激光器作為光源，對乙炔在1.5μm處泛頻v1+v3吸收帶譜線參數(shù)進(jìn)行了深入研究，并對部分線強(qiáng)大于10-20cm/molecule強(qiáng)吸收譜線參數(shù)進(jìn)行了校正，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與HITRAN12數(shù)據(jù)庫對比，線強(qiáng)和加寬系

3、數(shù)的相對誤差小于2％;實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)6526cm-1和6532cm-1波段范圍內(nèi)，存在大量未被報(bào)道且吸收強(qiáng)度相對較弱的新譜線，本文通過結(jié)合長程吸收池技術(shù)和多光譜擬合算法，首次系統(tǒng)地研究了該光譜范圍內(nèi)的弱譜線參數(shù)。最終，我們計(jì)算了部分已知譜線與22條新譜線線強(qiáng)，并對新譜線的中心位置進(jìn)行了歸屬，結(jié)果顯示已知弱吸收譜線線強(qiáng)的相對誤差基本小于10％，本文報(bào)道的乙炔新譜線參數(shù)將有利于HITRAN數(shù)據(jù)庫的升級。
　　此外，本文結(jié)合長程吸收池技術(shù)

4、，搭建了一套痕量乙炔氣體檢測系統(tǒng)。根據(jù)乙炔1.5μm處v1+v3吸收帶譜線參數(shù)測量結(jié)果，以位于6578.5761cm-1處的R9e(線強(qiáng)為1.34×10-20cm/molecule)吸收譜線為目標(biāo)測量譜線，通過選擇激光器不同的波長掃描模式，利用直接吸收光譜技術(shù)(DAS)展開了乙炔濃度的測量研究。在72.44m的吸收光程下，利用激光器的波長快速掃描功能，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信噪比為1dB時(shí)1.8ppm的探測靈敏度;當(dāng)使用激光器的波長慢速掃描時(shí)，根

5、據(jù)艾倫偏差分析(Allan Variance)，在1s的積分時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了43.6ppb的探測極限，當(dāng)積分時(shí)間增加至133s時(shí)，該系統(tǒng)的可探測限約為9.6ppb。為了抑制信號噪聲，論文中首次將Savitzky-Golay(SG)二階微分算法應(yīng)用于光譜信號處理中，模擬了該微分算法在不同濾波參數(shù)情況下對不同信噪比的模擬光譜信號的降噪效果，模擬與實(shí)驗(yàn)研究表明該微分算法具有很好的濾波效果。進(jìn)一步用該二階微分算法處理實(shí)驗(yàn)吸收光譜信號，結(jié)果顯示SG二