【摘 要】
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甲烷作为城市燃气的重要组成部分,实现对甲烷气体浓度的实时监测具有重大意义,有利于保障城市天然气的安全应用。近几年来,可调谐半导体激光器吸收光谱(TDLAS)技术是测量气体浓度的重要手段。相对于传统的巡检方式,该技术可以缩短检测时间、增强灵敏度、提高精确度。本文研制了一种基于TDLAS技术的甲烷气体手持式遥测仪,具体内容包括:(1)本论文详细阐述了TDLAS技术的实验原理。介绍了朗伯-比尔定律,分析
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甲烷作为城市燃气的重要组成部分,实现对甲烷气体浓度的实时监测具有重大意义,有利于保障城市天然气的安全应用。近几年来,可调谐半导体激光器吸收光谱(TDLAS)技术是测量气体浓度的重要手段。相对于传统的巡检方式,该技术可以缩短检测时间、增强灵敏度、提高精确度。本文研制了一种基于TDLAS技术的甲烷气体手持式遥测仪,具体内容包括:(1)本论文详细阐述了TDLAS技术的实验原理。介绍了朗伯-比尔定律,分析了测量气体时选取甲烷气体吸收谱线所需考虑的因素,并选定了具体的吸收谱线。(2)设计了该遥测系统,介绍其中的光学系统、电学系统两部分的构成及工作原理。(3)采用了直接吸收测量法与波长调制法分别实现了对甲烷气体遥测。通过调节激光器的注入电流以及工作温度,将激光器的中心波长锁定至甲烷气体吸收峰的峰值位置,使系统工作于吸收峰锁定模式。然后接收通过待测气体区域并返回的激光,从而实现对于甲烷气体浓度的检测。(4)从出射光光斑大小、接收光透镜、接受前加滤光片这三个方面对系统进行了优化。优化并工装后的手持式甲烷遥测仪达到了较好的性能:探测浓度与标准浓度之间的线性拟合系数达到了0.9998;在距离16m处,遥测仪实际可以检测的甲烷气体浓度下限达到了400ppm(0.4%);当信噪比SNR=1时,可以检测的最低浓度值达到了110.7ppm;具有高稳定性与高精确度。手持式甲烷气体遥测仪有灵敏度高、响应速度快的优点,而且节约空间成本、便于携带使用。在现场应用中,其远距离测量的优势明显。户外人员利用遥测仪在不宜达到的燃气泄漏危险区域,能够连续监测甲烷气体浓度的情况,具有较高的实用价值和推广前景。
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