基于TDLAS的大氣CO2監(jiān)測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)隨著科技和工業(yè)水平越來(lái)越高,全球溫度逐漸升高,引發(fā)了一系列環(huán)境問(wèn)題,極地冰川不斷開(kāi)始融化,土地沙漠化日益嚴(yán)重,全球氣候變暖已經(jīng)成為人類關(guān)注的重大環(huán)境問(wèn)題之一。在生活和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的CO2等溫室氣體產(chǎn)生的溫室效應(yīng)是全球氣候變暖的重要原因,因此監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境中CO2的含量是十分必要的?？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光光譜(TDLAS)技術(shù)具有檢測(cè)靈敏度高、響應(yīng)速度快和分辨率高等特點(diǎn),在監(jiān)測(cè)大氣痕量氣體領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。
　　根據(jù)光譜學(xué)的基本

2、原理,每一種物質(zhì)都有自己特有的吸收光譜,結(jié)合本系統(tǒng)光源的選擇,本文選擇了1572nm附近的吸收線。在利用 TDLAS技術(shù)檢測(cè)氣體濃度時(shí),常用的有直接吸收光譜技術(shù)、調(diào)制光譜技術(shù)和諧波檢測(cè)技術(shù),為了有效降低噪聲的干擾,本系統(tǒng)對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)制,結(jié)合二次諧波檢測(cè),實(shí)現(xiàn)大氣 CO2的高精度測(cè)量。本文詳細(xì)闡述了基于 TDLAS技術(shù)測(cè)量氣體濃度的基本原理,并對(duì)波長(zhǎng)調(diào)制和二次諧波檢測(cè)的理論進(jìn)行了推導(dǎo)計(jì)算。
　　通過(guò) TDLAS技術(shù)測(cè)量氣

3、體濃度的理論分析,提出了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,將激光發(fā)射至外場(chǎng)大氣中,在一定距離處放置角反射器,激光經(jīng)反射回到透鏡處,然后對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行接收處理。本系統(tǒng)可以分為發(fā)射系統(tǒng)、信號(hào)調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)、接收系統(tǒng)和信息采集與處理系統(tǒng)四部分,然后詳細(xì)介紹了每一部分,并對(duì)關(guān)鍵器件進(jìn)行了選型,逐步完成 TDLAS系統(tǒng)的搭建。系統(tǒng)搭建完成以后,首先測(cè)試了半導(dǎo)體激光器的溫度和電流的調(diào)諧特性,確定激光器的工作溫度和工作電流。之后測(cè)定了多次反射池中不同濃度的CO2氣體

4、,然后對(duì)外場(chǎng)大氣進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè),最終得到外場(chǎng)大氣CO2的變化曲線,得到了滿意的結(jié)果。
　　本論文基本完成了外場(chǎng)長(zhǎng)光程大氣中CO2濃度的測(cè)量,對(duì)研究監(jiān)測(cè)大氣中CO2含量的技術(shù)有一定的參考意義,但由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間和條件的限制,研究?jī)?nèi)容還有待深化,需要優(yōu)化測(cè)量系統(tǒng),引入溫度和壓強(qiáng)的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,可以在大氣中分成兩路光路,同時(shí)對(duì)大氣和校準(zhǔn)氣室進(jìn)行測(cè)量,兩路光路的溫度和壓強(qiáng)是相同的,可以避免溫度和壓強(qiáng)的影響,以及分析系統(tǒng)的各個(gè)誤差