工业气体激光在线监测仪的研制

摘要

当今社会,环境污染闯题日趋严重,引起了人们越来越多的关心和重视。我国虽然正处于高速发展阶段,但是作为一个发展中国家,要想实现社会经济的可持续性发展,必须采取有效措施来应对环境污染问题。随着我国各项工业建设的蓬勃发展,工业过程在化学反应时产生的各种烟气污染问题也日益突出,大气环境保护工作面临着严峻的挑战。因此,如何实现对工业现场的有害气体浓度进行实时准确地监测,是一个亟待解决的问题。
　　 本文主要研究开发了一套基于气体红外光谱吸收原理的工业气体激光在线监测设备。并针对CO气体进行了实验室试验和工业化试验。试验表明该设备在稳定性、重复性、灵敏度、响应速度等重要性能指标上都有较好的表现,能够满足工业现场应用的要求。同时,在无需对设备电路结构进行大的改动的情况下,通过对激光器波长的特定设置和光路改进,即可测量其它多种气体的浓度,在众多需要气体浓度测量的工业领域具有好的应用前景。
　　 本文的主要内容可概括如下:
　　 (1)论文的绪论部分首先讨论了课题的来源,分析了课题的研究背景。在此基础上提出了课题研究的意义。此外,还对国内外相关技术的研究现状进行了介绍并提出了研究方法与步骤。
　　 (2)第二章分析了系统关键技术及原理,基于气体分子红外光谱吸收理论和比尔一朗伯特定律,分析了可调谐半导体激光技术(TDLAS)。并提出采用单线光谱技术、波长调制技术与锁相放大技术来提高系统的检测灵敏度的方法。
　　 (3)第三章在理论分析的基础上,确定了系统设计方案,其中中央控制单元由FPGA构建Mosll软核实现;光源调制单元由电流调制部分和温度调制部分组成;微光信号检测单元由光电探测器、前置放大部分、滤波部分和锁相放大部分组成;数据采集控制模块由FPGA编程控制采集芯片实现;本章还对系统光路设计进行了简单介绍。
　　 (4)第四章首先针对CO气体进行了吸收峰的选择,进而确定特定波长DFBLD激光器作为光源。接着进行了各项实验研究,包括:光源光谱测试、样机性能实验和工业现场试验,并对实验结果进行讨论和分析。