基于軟件鎖相的TDLAS光纖混合式氣體傳感關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著科技的進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題成為人們?nèi)找骊P(guān)注的話題。氣體污染作為環(huán)境污染的一個重要方面，對工業(yè)生產(chǎn)安全及人類的身體健康均構(gòu)成嚴(yán)重危害。光譜吸收技術(shù)的調(diào)諧二極管激光吸收光譜（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS)技術(shù)與波長調(diào)制/諧波檢測技術(shù)相結(jié)合，以其響應(yīng)時間短、探測靈敏度高、高穩(wěn)定性等諸多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于有毒有害氣體濃度檢測。本文基于TDLAS技術(shù)

2、，提出軟件鎖相方法代替硬件鎖相，并對軟件鎖相方法中涉及的數(shù)學(xué)模型及算法進(jìn)行理論和實驗研究。對系統(tǒng)進(jìn)行儀器化設(shè)計，能夠?qū)O、CO2和CH4氣體濃度、溫度和壓強(qiáng)進(jìn)行同時檢測，實現(xiàn)了氣體傳感系統(tǒng)的多氣體、多參量混合傳感。
　　本文的主要創(chuàng)新性工作如下：
　　1、基于TDLAS氣體濃度檢測理論，本文提出了軟件鎖相的TDLAS氣體濃度檢測系統(tǒng)理論模型，理論分析了調(diào)制深度、調(diào)制頻率、相移和系統(tǒng)噪聲對軟件鎖相得到的二次諧波幅值的影響，通

3、過仿真和理論推導(dǎo)得到了軟件鎖相系統(tǒng)最優(yōu)調(diào)制參數(shù)理論值。
　　2、基于針對非平穩(wěn)非線性信號進(jìn)行時域分解的經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD)理論，本文提出了一種EMD-FCR算法用于系統(tǒng)信號去噪，以提高系統(tǒng)檢測精度。將本算法與其他常用濾波算法進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，本算法大大提高了解調(diào)信號的信噪比，將系統(tǒng)的檢測下限從原來的18ppm降低到2ppm，降低近一個數(shù)量級。
　　3、針對氣體吸收線存在部分重疊的現(xiàn)象，本文構(gòu)建了重疊光譜擬合的數(shù)學(xué)模型，