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基于谱线线型峰值研究的气体浓度检测技术

作　者: 陈舟
导　师: 陶少华
学　校: 中南大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 气体检测 Lambert-Beer定律气体谱线线型温度和压强
分类号: X831
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

环境污染是全世界广泛关注的焦点问题,在各种环境污染中,大气污染尤为突出,如何对这些气体做出准确的定量分析已迫在眉睫。近年来,跟据Lambert-Beer定律,利用激光技术和分子吸收光谱理论进行气体浓度检测的技术发展迅速。在这些检测技术中气体谱线线型峰值是一个重要的参数,它易受周围环境中压强和温度的影响。本文详细分析了温度和压强的变化对气体谱线线型峰值的影响,得出了在温度和压强的作用下计算气体谱线线型峰值的一般方法。然后在实验中,利用高分辨率激光器、光电探测器和气体室等设备对乙炔气体的浓度进行检测研究,掌握了在实验条件下进行气体检测的步骤和方法。在对Voigt线型峰值的计算进行优化后,考虑温度和压强同时变化对气体线型峰值的影响,发现可用Lorentz线型来计算峰值吸收系数的温度和压强范围都扩大,而Gauss线型在绝大数情况下不能用来计算峰值吸收系数；在一定的温度范围和压强范围内,如果只考虑压强或温度的变化,由此计算的三种线型峰值的相对误差大于0.1。因此,在计算线型峰值时,需考虑压强和温度同时变化对线型峰值的影响。再分别讨论了甲烷、二氧化碳、一氧化碳及一氧化氮,得到与氟化氢的结论相似的结论,结论的不完全相同是由于不同气体在波数、压力展宽系数、相对分子质量及温度系数上的不同而导致。实验研究中,利用高分辨激光器和光电探测器集成设备——PHOENIXTM Tunable Laser Source对乙炔样品气体的浓度进行检测。从对实验系统的搭建,实验数据的获取和分析计算,掌握了在实验室条件进行气体检测的步骤和方法。通过进一步的理论完善和技术改进,可以预见,本套实验装置可实现同时检测多种气体的浓度,在实际应用中具有较大的开发价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-18
  1.1 气体浓度检测技术的研究意义及选题背景  9-10
  1.2 气体浓度检测技术的研究现状  10-16
    1.2.1 非光学检测分析方法  10-12
    1.2.2 光学检测分析方法  12-16
  1.3 气体浓度检测技术的发展趋势  16
  1.4 本文研究内容  16-18
第二章气体浓度检测技术的原理  18-28
  2.1 气体吸收光谱理论  18-20
    2.1.1 气体吸收光谱的产生  18-19
    2.1.2 气体吸收光谱的特点  19-20
  2.2 Lambert-Beer定律  20-21
  2.3 气体谱线线型  21-26
    2.3.1 Lorentz谱线线型  21
    2.3.2 Gauss谱线线型  21
    2.3.3 Voigt谱线线型  21-26
  2.4 本章小结  26-28
第三章压强和温度的变化对谱线线型峰值的影响  28-41
  3.1 压强的变化对谱线线型峰值的影响  28-30
  3.2 压强变化引起相应的温度变化对线型峰值的影响  30-34
  3.3 温度的变化对谱线线型峰值的影响  34-36
  3.4 温度变化引起相应的压强变化对线型峰值的影响  36-40
  3.5 本章小结  40-41
第四章气体浓度检测的实验研究  41-50
  4.1 实验室采取的气体检测方法  41-42
  4.2 实验装置  42-44
  4.3 对乙炔气体浓度检测的实验研究  44-49
  4.4 本章小结  49-50
第五章总结和展望  50-52
参考文献  52-57
攻读学位期间主要的研究成果  57-58
致谢  58

基于谱线线型峰值研究的气体浓度检测技术

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