基于激光吸收光谱的水泥工业废气检测方法

可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术具有灵敏度高、选择性强、响应快速等特点。利用中心波长为1579nm的光通信波段光纤耦合近红外分布反馈（DFB）式半导体激光器,结合波长调制技术,建立了基于TDLAS的水泥工业废气实时检测实验装置。通过波长调谐使激光波长同时覆盖CO和C02的吸收线,实现对这两种成分的同时检测。CO和CO2的最低检测浓度可达4×10-5（体积分数）,满足对水泥工业废气的检测要求。     

光谱吸收式全量程甲烷检测技术的研究

可调谐半导体激光吸收光谱(TDJAS)技术利用半导体激光器波长调谐特性,获得被测气体的特征吸收光谱范围内的吸收光谱,结合波长调制技术实现二次谐波探测,从而对气体浓度进行定性或者定量分析.这种方法不仅精度较高,选择性强而且响应速度快.基于这种技术,进行全量程光纤式甲烷气体监测方法的研究,根据被测气体的浓度变化,通过改变光源温度来选择合适的中心波长,从而实现全量程高分辨率的甲烷气体浓度实时检测.实验表明该系统具有很高的检测灵敏度、精度、分辨率和稳定性.     

基于波长调制光谱技术的L 波段激光器二氧化碳浓度检测系统仿真分析

随着双碳即碳达峰、碳中和重大战略决策的执行, 对二氧化碳浓度的精准把控, 成为实现这一伟大目标不可 或缺的必要条件。而在这一领域, 精准可靠的气体传感一直是一个急于攻克的难题。随着环境监测及气体传感的 不断发展, 可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS) 以其出色的选择性、实 时性及灵敏度逐渐在气体传感领域成为一个热门的研究课题。详细介绍了一种基于TDLAS 技术二氧化碳检测系 统的设计方案, 并对TDLAS 系统及其性能影响因素进行了深入研究。在物理层面结合朗伯-比尔定律对气体分子 吸收光谱的吸收系数、自然展宽、多普勒展宽、碰撞展宽线型进行研究。以二氧化碳在1.578 665 35 m 附近的激 光吸收谱线, 在MATLAB 程序上对不同温度、压强下的吸收谱线进行仿真研究, 并在此基础上加入波长调制光谱 (wavelength modulation spectroscopy, WMS) 技术, 以其二次与一次谐波的比值计算谱线强度及输出光功率, 加入强 度为0.1 mW 的低频噪声对比分析, 验证了WMS 技术对提升系统灵敏度的效果。将温度、压强对吸收峰及展宽的 影响机制和作用规律做了深入分析, 得出了对于本类系统参考意义较大的结论。     

热重红外联用多组分混合气体产物定量分析

为了定量分析热反应过程中连续或彼此重叠产生的多组分混合气体产物,提出依据气体混合物的红外吸收特征谱带强度时间分布确定热重-红外联用中多组分气体产物逸出体积流量的定量计算方法.以氧气气氛中炭黑固体样品反应生成二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等气体的热重-红外联用实验为例,重点讨论载气流速的选择对多组分气体产物定量结果的影响.计算结果表明,在适当的载气流速下,可忽略反应气体的消耗以及微量气体产物的析出对多组分气体产物逸出体积流量定量计算的影响.当热反应过程中逸出的混合气体存在弱吸收红外、甚至不吸收红外的气体时,可采取近似定量方法实现多组分气体产物逸出体积流量快速定量表征.     

多元混合气体对CH4爆炸影响的反应动力学模拟

为深入研究多元混合气体对CH4爆炸的影响和作用机理,选取C2 H6,C2 H4,CO,H2典型可燃气体,采用CHEMKIN软件构建零维封闭均相反应器模型,研究其对CH4爆炸反应过程的影响,模拟分析以CO为主导的混合气体对CH4最大爆炸压力、最大爆炸温度和爆炸过程中关键自由基(H,O,OH)的影响,同时对H+OH自由基最大体积分数变化规律进行分析,并与理论当量状态下各单一气体对CH4爆炸过程的影响规律作对比.结果表明:混合气体的添加对CH4最大爆炸压力和最大爆炸温度有明显促进作用;爆炸过程中H自由基最大体积分数持续增加,O和OH自由基最大体积分数变化与CH4体积分数有关;多元混合气体对CH4的最大爆炸压力和最大爆炸温度影响与单一H2或CO对其影响规律相似,对关键自由基(H,O,OH)的影响规律与CO更为接近.通过敏感性分析获得了影响CH4爆炸过程的关键反应.     

基于TDLAS-WMS的高灵敏度电子鼻传感器设计

为了对痕量有害气体(甲烷为例)进行非接触式检测,本文基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)与波长调制光谱(WMS)相结合的检测技术,采用中心波长为7.5μm的量子级联激光器(QCL),设计并研制出高灵敏度电子鼻传感器系统.在室温条件下,通过调节QCL注入电流,使其发光光谱扫过甲烷(CH4)气体吸收谱线.同时采用紧凑型herriott气室(长度为40 cm,容积为800 m L),使得系统总光程达到16 m.利用该传感器系统,对不同浓度的CH4进行测量,结果显示,测量相对误差小于7%,检测下限为1×10~(-9).同时,研究人员可以通过更换其他激射波长的QCL,实现对其它有害气体的检测.     

光声气体检测系统中半导体激光器的波长调制

在光声光谱法气体检测中,因为激光器发光波长需与待测气体吸收峰严格匹配,所以需对激光器波长精确调谐。由于半导体激光器发光的波长与温度、驱动电流间有确定的关系,采用波长调制的方法,在一定精度的温度控制下,对波长进行扫描,可确保激光器驱动信号在一个周期内能够产生稳定的光声信号。实验表明,该方案能满足光声气体检测系统的要求。     

基于热重-红外-质谱联用技术定量分析燃煤气体产物

为了准确定量表征燃煤过程中的多组分混合气体产物,以在氮气气氛中神华混煤热解过程为例,采用热重-红外-质谱联用技术,结合脉冲热分析法,研究煤热解多组分气体产物的逸出特性,重点讨论载气流量、炉温、红外光谱检测分辨率及扫描次数等参数对气体定量测量的影响,分别建立红外光谱以及质谱定量标定工作曲线,确定CO2和CH4的平均析出量.结果表明,神华混煤热解主要生成CO2,CH4,H2,CO,H2O以及含C-H、C-O、C=O等官能团的气体;红外光谱标定信号主要受载气流量和分辨率的影响;红外光谱和质谱定量结果存在差异;神华混煤热解过程中每毫克煤样析出CO2和CH4的平均量分别为65.9和24.1μg.     

用新型碳分子筛分析永久气体

本文介绍一种新型气相色谱固定相－－碳分子筛（KMS），其最大的优点是在常温下，单柱即可同时分离分析H2、O2、N2、CO、CH4、CO2六种混合气体，柱子的保留值重现性好，峰形对称，柱效高，本文求得了在H2和Ar作载气时KMS对上述六种气体的定性定量特性，配气的定量结果总的平均相对误差为3.67%，同时这种碳分子筛原料易得，制作简单，成本便宜。     

运用人工神经网络进行混合气体定量分析的研究

优选了分析CO、H2和CH4混保气体的传感器阵列,构造了传感器信号预处理和神经网络训练算法,从而建立了用于混合气体定量分析的人工嗅觉系统。实验结果证明,系统能够以较高的精度分辨出3种气体的浓度。     

Laser Methane Sensor and the Study of Cross Interference

A methane sensor system was designed based on tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) technology and the feature of vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) with wavelengths up to several nanometers. We studied the gas present in the methane sensor''s common operation environment. Through absorption spectrum stimulation and experiments,we analyzed the cross interference of the gas of H₂O, CO and CO₂ to methane detection. The results prove that this laser methane sensor has the characteristics of high stability and anti-cross interference.     

近红外光谱无损检测技术中数据的分析方法概述

近红外光谱无损检测技术可用于品种鉴别与农产品的定性或者是定量的分析工作. 本文介绍了近红外光谱的基本原理及各类近红外光谱分析方法. 近红外光谱无损检测技术中数据分析方法是通过光谱定量分析找到光谱以及对应浓度的内在关系,建立相应的数学模型. 这些方法主要有偏最小二乘回归、主成分分析法、BP神经网络算法、支持向量机、K最近邻分类算法和线性判别分析法等. 通过这些分析模型的对比,研究表明:支持向量机将是近红外光谱数据分析方法未来一个重要的研究方向.     

TDLAS气体温度测量过程的建模与仿真

基于可调谐半导体激光吸收谱(tunable diode laser absorptionspectroscopy,TDLAS)的温度测量技术,实现了气体温度测量过程的建模与仿真。采用Matlab中的动态仿真工具Simulink,建立了光源模型、气室模型和数据检测模型。在设定环境条件下,通过模型仿真得到测量的气体温度并进行分析。结果表明:该模型能反映实际的激光调制效果和气室吸收情况,仿真的结果对TDLAS测温系统的研究有一定的参考价值。     

射频等离子体制备类金刚石薄膜及其表征

采用射频等离子体技术,以CH4和H2为反应气体,在单晶硅片和载玻玻璃片上成功制备出了高质量的类金刚石薄膜．采用扫描电镜、原子力显微镜、Raman光谱、红外光谱、显微硬度计表征了类金刚石薄膜的表面形貌、微观结构、光学性能和复合硬度．结果表明,制备出的类金刚石薄膜表面十分平整光滑,表面粗糙度极低,平均粗糙度Ra为0．492nm;薄膜中含有sp^2,sp^3杂化键,具有典型的类金刚石结构特征;光学透过率比较高,薄膜的复合硬度可以高达507．3kgf／cm^2．     

常压下电弧法合成无定型纳米碳管和纳米碳纤维

以镍为催化剂,在常压条件下,乙炔和氦气气氛中,利用电弧法合成无定型纳米碳管（ACNT）和纳米碳纤维（ACNF）。采用透射电镜（TEM）和拉曼光谱（Raman）对产物进行表征,并采用发射光谱（OES）对等离子体的形成过程进行在线诊断。TEM电镜观察结果表,ACNT和ACNF的直径在60～100 nm之间,而且ACNF可能转化成ACNT。Raman分析结果表明,阴极上形成的ACNT的石墨化程度要高于阳极上形成的ACNT或ACNF。OES结果表明,等离子体中有C2和CH活性物种生成,它们可能是形成ACNT和ACNF的前驱体。     

基于激光吸收光谱技术的CO_2痕量检测及调制参数的优化

采用可调谐激光吸收光谱技术,在室温下对中心波长为2004nm的分布反馈式半导体激光器进行波长调制,可得到CO_2在2004nm处的二次谐波幅值,根据Beer-Lambert定律,计算出CO_2的浓度。正弦调制参数是影响系统检测灵敏度和精度的重要因素,通过对正弦调制信号频率、幅值与二次谐波线型之间关系的研究,实现了每米光程下10ppm的检测下限。     

焙烧温度和时间对磷化钨催化剂重整反应活性的影响

采用柠檬酸络合法通过程序升温还原方法制得磷化钨(WP)催化剂,在常压连续微型化固定床反应装置中,以物质的量比为1∶1的甲烷和二氧化碳的混合气为反应气,在不同反应温度下对催化剂的重整活性进行了评价。考察了不同焙烧温度和焙烧时间等制备条件对WP催化活性的影响。实验结果表明,催化剂活性随焙烧温度先增加后降低,773 K为最佳焙烧温度;同时,焙烧时间对催化剂活性也有明显的影响,5 h为最佳焙烧时间。     

气体自发拉曼系统激光脉冲外整形光路

设计了一种多级光学环腔串联的激光脉冲外整形光路。在气体自发拉曼散射激发系统中,有效地避免了在强激光脉冲功率密度条件下所造成的气体裂解、石英玻璃窗口损坏及可燃气体点燃等现象的发生,可大幅度提高弱的气体拉曼信号的信噪比。通过数值模拟优化设计,第一腔的延迟时间为原始激光的脉宽半高宽(FWHM),各腔间的延迟时间比是2的倍数,分束镜的分束比为30%～50%。使用两个光学环腔,可以将脉宽为6.5ns、能量为400mJ原激光展宽整形到35ns,激光峰值功率降低了20%左右,并小于0.02GW。在混合气体样池中完成了基于激光拉曼光谱定量的浓度测量。该技术可进一步应用在光学发动机中混合气浓度和温度场的定量测定。     

反射法测量大功率二极管激光器腔面温度

通过光热反射技术测量大功率二极管激光器腔面温度,并取得了初步结果。由于是非接触探测,故而比较真实反映了正在工作的大功率二极管激光器腔面温度。通过实验及分析表明,有源区是产生热最多的地方,通过测量不同偏置电流时的光反射信号幅值,获得了腔面温度分布图。整个实验装置及测量方法简单可靠,可望实际用于大功率二极管激光器的腔面温度评价及性能优化研究。