多组分典型气体监测关键技术研究

作     者：王旭锋 

作者单位：沈阳理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：毕明雪

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0826[工学-兵器科学与技术] 

主      题：多组分气体监测 光声光谱 滤光片 多组分气体定性校正算法 多组分气体定量校正算法 

摘      要：军工行业在从事生产及开发的过程中会涉及到化工产品,这些产品在生产和使用的过程中,会产生有毒、有害及可燃性气体,从而严重影响生产以及生命安全。为解决军工行业典型气体监测过程中测量种类少、精度低、监测不及时、不准确等问题,本文对多组分气体监测关键技术进行了深入研究,通过研究光声光谱技术检测原理,根据气体吸收谱线结合滤光片特性为系统选择最优的滤光片组合,搭建了基于光声光谱的多组分气体监测系统;开展气体监测实验,监测变压器油中溶解的典型气体,将系统采集的气体数据传输至计算机,基于QT设计上位机系统构建数据库并实现数据可视化;针对监测过程中主客观因素影响导致监测结果不准确的问题,利用算法进行校正,提出了多组分气体定性与定量校正算法,实现了对多组分典型气体的高精度定性定量监测,完成了多组分典型气体监测关键技术的研究。具体研究工作如下:(1)研究了常见的气体检测方法,分析了监测系统的关键技术问题。从气体红外吸收光谱理论入手,深入研究了光声光谱检测技术基本原理,对光声光谱系统重要器件,如光源、斩波器、滤光片、光声池及声传感器等,进行深入的研究并选型,搭建了光声光谱多组分气体监测系统;(2)选择红外光源配合滤光片实现多组分气体监测,通过研究气体吸收谱线的特点并结合滤光片特性,为多组分气体监测系统选择了最优滤光片组合,减少了系统监测的误差,同时为系统监测多组分气体提供了技术支持;(3)基于QT设计了上位机系统,将采集到的数据进行实时可视化显示,同时构建了数据库,针对军工行业变压器油中溶解了有毒、有害及可燃性典型气体,利用搭建的光声光谱多组分气体监测系统,对其开展监测实验,并将监测的气体数据传输至上位机系统,为进一步处理采集到的数据打下了坚实基础;(4)针对监测过程中由于复杂环境、噪声因素、人员操作不当等引起的监测误差,构建了多组分气体定性与定量模型,设计了基于鲸鱼算法的支持向量机多组分气体定性校正算法及基于麻雀搜索算法的长短期记忆神经网络多组分气体定量校正算法,对实验监测的变压器油中的典型气体数据进行仿真并与其他算法进行对比,验证了两种算法的校正效果,定性算法准确率可达98%以上,定量算法准确率可达99%以上,保证了多组分气体监测系统监测结果的准确度,提高了多组分典型气体的监测效率。