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基于DOAS技术的SO2与NH3混合气体检测算法的研究

基于DOAS技术的SO2与NH3混合气体检测算法的研究

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作者：朱凌进重庆大学

学位级别：硕士

大气污染给生态环境带来很大危害,而燃煤电厂产生的有害气体,如SO、NH、颗粒物等是大气的主要污染源之一,我国由此制定了一系列的环境保护政策,这也加速了燃煤电厂在线监测仪的发展。本文基于差分光学吸收光谱技术,研制出了SO和NH在线... 详细信息

大气污染给生态环境带来很大危害,而燃煤电厂产生的有害气体,如SO、NH、颗粒物等是大气的主要污染源之一,我国由此制定了一系列的环境保护政策,这也加速了燃煤电厂在线监测仪的发展。本文基于差分光学吸收光谱技术,研制出了SO和NH在线监测系统。针对4～80 ppm的SO和NH,本文选择了灵敏度较高的吸收波段来解决低浓度的SO和NH检测难的问题。但是,SO和NH在超灵敏波段存在光谱混叠,浓度反演会相互干扰。因此,论文主要研究SO和NH吸收光谱中噪声处理、混合气体光谱分离技术以及混合气体浓度反演算法。(1)对SO和NH的吸收波段进行了优化选择。在基于目标气体吸收强、干扰气体吸收弱的原则下,对两种气体做了最优反演波段选择,SO选择280～310 nm,NH选择201～214 nm。从光谱仪直接得到的数据含有加性噪声和乘性噪声,本文分析了这两种噪声的特征,选择了合适的滤波算法,实现了滤除噪声的目的。(2)计算了SO和NH的差分吸收截面。气体吸收包含快变化和慢变化两个部分,只有在快变化中才有气体的浓度信息,因此,需要将慢变化从吸收光谱中分离出来,在本文中采用的是传统的多项式滤波的方法获取吸收光谱中的慢变化,通过差分技术将快变化和慢变化分离,采用标气,获取了SO和NH的差分吸收截面。(3)研究了单一气体的浓度反演算法。采用了最小二乘和傅里叶变换的方法进行了浓度反演,并对采用最小二乘法出现的非线性吸收问题进行了修正。结果表明:基于傅里叶变换的方法计算出的SO和NH浓度的相对误差绝对值均小于3%;采用最小二乘法时,SO反演相对误差绝对值小于1%,NH小于5%。(4)研究了混合气体特征光谱分离技术以及浓度反演算法。针对SO和NH存在交叉敏感的问题,本文提出了基于分段法和傅里叶变换的频域法的SO和NH的特征光谱分离。结果表明:分段法反演出的SO的相对误差绝对值小于2%,而NH的相对误差绝对值小于6%;傅里叶频域分析法反演出的SO相对误差绝对值小于6%,NH的整体误差小于5%。

关键词：差分光学吸收光谱技术交叉敏感浓度反演特征光谱分离

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