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CO_(2)/CO干扰下基于腔衰荡吸收光谱的痕量H_(2)S浓度测量

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物理学报 2023年第4期72卷 35-43页

作者：熊枫彭志敏王振丁艳军吕俊复杜艳君华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206 清华大学能源与动力工程系电力系统与发电设备控制与仿真国家重点实验室北京100084 清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

H_(2)S作为一种有毒且腐蚀性较强的气体污染物,实现其浓度的准确测量意义重大.实际工业过程中,H_(2)S测量常受其他排放产物的干扰,本文基于腔衰荡吸收光谱技术(CRDS)通过扫描6336—6339 cm^(-1)范围内的吸收光谱,实现了H_(2)S/CO_(2)/C... 详细信息

H_(2)S作为一种有毒且腐蚀性较强的气体污染物,实现其浓度的准确测量意义重大.实际工业过程中,H_(2)S测量常受其他排放产物的干扰,本文基于腔衰荡吸收光谱技术(CRDS)通过扫描6336—6339 cm^(-1)范围内的吸收光谱,实现了H_(2)S/CO_(2)/CO三组分物质浓度的同步测量,为实际工业过程中物质干扰下的H_(2)S浓度测量提供新思路.首先,对不同采样长度下提取衰荡时间的准确性进行分析,发现衰荡信号的采样长度约为衰荡时间的8倍时,衰荡时间提取效果最好;通过不同压力对比实验确定最佳实验压力工况为50 kPa,并将最佳采样长度与压力工况应用于H_(2)S浓度测量.随后,改变H_(2)S浓度对CO_(2)/CO干扰下系统对痕量H_(2)S浓度的测量效果进行检验,并对不同稀释比例下浓度测量结果的线性度进行分析.最后,对本文CRDS系统的检测限进行分析,通过对4组低浓度H_(2)S光谱的信噪比进行分析,得到H_(2)S的检出限为6.9 ppb (1 ppb=10^(-9));通过对系统长期测量结果进行Allan方差分析,得到系统对H_(2)S物质浓度的检测下限约在2 ppb左右.

关键词：腔衰荡吸收光谱 H_(2)S浓度多组分测量

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分析温室气体及CO2碳同位素比值的傅里叶变换红外光谱仪

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光学精密工程 2014年第9期22卷 2359-2368页

作者：李相贤徐亮高闽光童晶晶刘建国国家环境保护环境光学监测技术重点实验室安徽合肥230031 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031

改进了傅里叶变换红外分析仪(FTIR)的硬件设计以实现温室气体及CO2碳同位素比值的多组分、高精度、连续自动测量。首先,对FTIR分析仪测量系统进行了设计和理论分析,引入了温度和压力监控系统以及全密封气路干燥系统。然后,讨论了光谱的... 详细信息

改进了傅里叶变换红外分析仪(FTIR)的硬件设计以实现温室气体及CO2碳同位素比值的多组分、高精度、连续自动测量。首先,对FTIR分析仪测量系统进行了设计和理论分析,引入了温度和压力监控系统以及全密封气路干燥系统。然后,讨论了光谱的定量分析过程。最后,设计了标准气体对比测量实验。实验结果表明:分析仪测量CH4,CO,CO2和δ13 CO2值的标准偏差分别为0.01×10-6,0.011×10-6,0.239×10-6和0.572‰,与常规FTIR测量系统相比,其检测的标准不确定度分别提高了6.3,8.45,10.54和14.73倍,其系统误差分别提高了2.88,1.93,4.67和4.66倍;对比分析仪与同位素质谱仪对δ13 CO2值的测量结果,标准偏差分别为0.572‰和0.171‰,二者测量的标准不确定度相近。所设计的温室气体及CO2碳同位素比值FTIR分析仪能够满足多组分、高精度、连续自动测量的需要。

关键词：傅里叶变换红外光谱仪温室气体碳同位素比值多组分测量

大浓度差CO和CO2的激光吸收光谱特性及同步测量研究

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大浓度差CO和CO2的激光吸收光谱特性及同步测量研究

作者：邓瑶华南理工大学

学位级别：硕士

温室效应导致的全球气候变暖成为人类面临的主要环境问题之一,我国已将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局。目前燃煤电厂排放的CO在全国碳排放总量中占比超40%,降低煤电和提高能源利用效率是重要的碳减排途径。CO是锅炉排放烟气... 详细信息

温室效应导致的全球气候变暖成为人类面临的主要环境问题之一,我国已将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局。目前燃煤电厂排放的CO在全国碳排放总量中占比超40%,降低煤电和提高能源利用效率是重要的碳减排途径。CO是锅炉排放烟气中主要的温室气体,CO作为主要的不完全燃烧产物可以反应锅炉燃烧效率,因此实现CO和CO精准在线监测对于碳减排政策制定与锅炉低碳运行具有重要意义。可调谐激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)相比传统的CO和CO气体检测技术,具有非接触式、高分辨率、高选择性、响应速度快等优点,可实现在线、快速和高精度气体检测,适合用于气体成分复杂、环境恶劣如锅炉排放烟气测量。本文针对锅炉排放烟气中包含高浓度CO和低浓度CO这一研究背景,开展了利用单个激光器实现大浓度差CO和CO同时测量,以及为提升同步测量精度的数字滤波降噪技术的研究。首先介绍了TDLAS技术气体检测基本原理,包括直接吸收光谱技术和波长调制技术检测过程,设计并搭建了基于TDLAS的CO和CO光谱同步测量实验系统。然后利用设备简单且具有免标定优势的直接吸收光谱技术测量了CO气体,为进一步简化系统提出了基于直接吸收峰峰值标定的气体浓度反演方法。随后参考烟道尾部烟气环境利用TDLAS系统进行实验验证,并与传统吸光度积分法的测量性能进行比较。在此基础上,为了实现低成本的大浓度差CO和CO同步测量,提出了单个1580nm激光器和二次谐波检测技术相结合的测量方案,在0.01%～5%CO和0.5～10%CO范围内配比了11组不同浓度(浓度差最高达到200倍)的多组分气体进行实验研究。然后研究了不同数字滤波技术对大浓度差下多组分气体同时测量的降噪效果,获得了适用于该测量方案的最优滤波方法。研究结果表明db3小波函数2层分解是最佳滤波方法,系统检测限从0.004%降低至0.0025%,CO测量相对误差均方值从7.11%下降至5.18%,CO从1.28%下降至1.21%。与此同时,幅值波动极差与标准偏差均下降,系统检测限、测量精度和稳定性得到了同步提升,可以满足应用现场的检测需求。

关键词：碳减排可调谐激光吸收光谱技术直接吸收波长调制多组分测量光谱降噪

同方学位论文库评论

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基于NDIR方法的多组分气体检测系统

红外与激光工程 2012年第4期41卷 1062-1068页

作者：孙友文刘文清汪世美黄书华于晓曼中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031

提出了一种非分散红外多组分气体分析仪的系统设计方案,设计的滤光轮起到了光学滤波和调制光波的双重作用,多次反射池有效地增加了气体的吸收光程,分析仪使用一个探测器就能完成多种气体的测量。综合考虑光源辐射强度、滤光片透过率及... 详细信息

提出了一种非分散红外多组分气体分析仪的系统设计方案,设计的滤光轮起到了光学滤波和调制光波的双重作用,多次反射池有效地增加了气体的吸收光程,分析仪使用一个探测器就能完成多种气体的测量。综合考虑光源辐射强度、滤光片透过率及探测器响应能力的影响,通过理论分析计算与实验研究,获得了各通道理想的零气背景信号。对分析仪进了浓度定标,各目标滤波通道的定标拟合相关系数均在0.998以上。将分析仪的实际测量值与标准值进行比较,各种气体的测量相关系数均在0.99以上。

关键词：非分散红外多组分测量系统设计

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新型多功能矿用危险气体传感器的研究

光电子．激光 2007年第5期18卷 550-553页

作者：张雷尹王保董磊李霖峰窦海鹏贾锁堂山西大学物理电子工程学院量子光学与光量子器件国家重点实验室山西太原030006

基于CH4气体的吸收光谱特性,采用开腔气室结构及单光束多波长探测技术,研制出一种多种功能矿用危险气体传感器。与商用的各种CH4传感器相比,它除了具有测量范围宽、精度高及响应快等常规特点外,还能进行多组气体组分含量的测量,且能对... 详细信息

基于CH4气体的吸收光谱特性,采用开腔气室结构及单光束多波长探测技术,研制出一种多种功能矿用危险气体传感器。与商用的各种CH4传感器相比,它除了具有测量范围宽、精度高及响应快等常规特点外,还能进行多组气体组分含量的测量,且能对所测气体的爆炸性和危险度进行分析。

关键词：传感器吸收光谱危险气体多组分测量危险度分析