非分散红外烟气二氧化硫浓度检测系统的设计与实现

摘要

随着我国经济的发展，能源消耗日益增加，二氧化硫污染也日趋严重。二氧化硫已成为当今人类面临的大气污染物之一，它对生态环境和人类健康均构成了严重的危害。排入大气中90％的二氧化硫来自于燃煤能源，因此，实时连续检测烟气中二氧化硫气体的浓度具有重要意义。
　　本论文对目前二氧化硫浓度检测方法及其国内外现状做了详细的分析，设计了非分散红外二氧化硫浓度检测系统，实现了二氧化硫浓度连续检测。重点研究了如下内容：
　　1）综述了二氧化硫浓度检测方法及其国内外现状，并重点介绍了非分散红外检测法及差分吸收检测技术，以此作为本文的理论基础。
　　2）基于红外吸收光谱原理，采用非分散测量方法中的差分吸收方式检测二氧化硫气体。选择位于大气窗口3μm-5μm中的3.98μm作为二氧化硫的吸收波长，推导了二氧化硫浓度的数学模型，设计了二氧化硫浓度检测系统。优选了：红外光源、热释电探测器、干涉滤光片等器件。在电路方面设计了光源驱动电路、锁相放大电路，在锁相放大电路中采用差分放大和相敏检波结合，更好地去除了噪声，提高了整个系统的检测精度。
　　3）对非分散红外检测系统进行了实验，通过零气标定和对二氧化硫标准浓度气体的测量，获得测量数据和浓度间的对应关系，拟合了浓度和电压的关系曲线。并进行了二氧化硫浓度测量的重复性、稳定性实验分析。对实验结果和理论推导进行了比较，分析了影响系统测量准确性的因素。

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1 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 二氧化硫气体检测方法和原理概述

1.3 红外光谱吸收法的国内外研究现状

1.4 课题来源及主要研究内容

2 非分散红外烟气二氧化硫浓度检测系统原理

2.1 分子吸收光谱原理

2.2 二氧化硫吸收光谱和选择

2.3 非分散红外检测技术基本原理

2.4 差分吸收检测技术

2.5 二氧化硫浓度检测理论推导

3 非分散红外烟气二氧化硫浓度检测系统的结构设计

3.1 系统总体设计

3.2 光源

3.3 探测器

3.4 滤光片

3.5 气室设计

4 非分散红外烟气二氧化硫浓度检测系统的电路设计

4.1 光源驱动电路设计

4.2 锁相放大器的检测原理

4.3 锁相放大器电路设计

5 实验数据分析

5.1 二氧化硫浓度测量实验

5.2 重复性实验

5.3 稳定性实验

5.4 实验结果与理论推导的比较

5.5 测量误差分析

6 总结与展望

附录1 前置放大器和电源电路

附录2 信号处理电路

参考文献

致谢

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