諧波特性影響因素以及TDLAS諧波法水蒸氣檢測系統(tǒng)標(biāo)定研究.pdf

1、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(dòng)以及參考信號(hào)與調(diào)制信號(hào)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(hào)源對系統(tǒng)進(jìn)行

2、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)

3、提取水蒸氣吸收產(chǎn)生的二次諧波信號(hào)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(hào)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(hào)解調(diào)電路對二次諧波信號(hào)進(jìn)行有效準(zhǔn)確的提取。
　　4.針對本文中所使用

4、的二次諧波的峰-谷值檢測參量，對驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(dòng)以及參考信號(hào)與調(diào)制信號(hào)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(dòng)主要影響二次諧波在基底處的對稱性，而參考信號(hào)與調(diào)制信號(hào)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

5、于二次諧波法水蒸氣濃度檢測系統(tǒng)的模擬吸收信號(hào)源，并通過模擬吸收信號(hào)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(dòng)信號(hào)輸入至檢測系統(tǒng)。通過使用該模擬吸收信號(hào)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(hào)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