諧波特性影響因素以及TDLAS諧波法水蒸氣檢測系統(tǒng)標定研究.pdf

1、水蒸氣濃度的檢測在超高壓輸電系統(tǒng)、天然氣、能源利用領域均具有重要的意義。本文以可調諧半導體吸收光譜技術(TDLAS)為理論基礎，對波長調制光譜技術(WMS)的理論模型進行詳細分析，采用二次諧波法來檢測水蒸氣的濃度。對諧波法檢測水蒸氣濃度的系統(tǒng)結構以及工作方式進行詳細闡述。對調制幅度、掃描范圍、溫控驅動以及參考信號與調制信號之間的相位差對于二次諧波特性的影響進行了細節(jié)探究，為諧波波形的優(yōu)化提供了依據。并且，通過使用模擬吸收信號源對系統(tǒng)進行

2、分模塊標定，對系統(tǒng)的性能檢測以及優(yōu)化具有重要意義。本文的內容和創(chuàng)新點主要包括:
　　1.對水蒸氣檢測在超高壓輸電、天然氣以及能源利用領域的重要意義進行了概述;介紹了水蒸氣檢測的常用方法;并對本文中所使用的TDLAS諧波法的優(yōu)勢以及發(fā)展狀況進行了說明。
　　2.對水蒸氣吸收譜線以及其在不同情況下的展寬機制進行了詳細探討;以比爾-朗伯定律為基礎，在波長調制的情況下，對諧波法檢測氣體濃度的理論模型進行了系統(tǒng)地分析研究;并對鎖相技術

3、提取水蒸氣吸收產生的二次諧波信號的方法進行了基本說明。
　　3.對TDLAS諧波法測水蒸氣濃度的檢測系統(tǒng)主要元件構成以及工作過程進行詳細闡述。采用無水底的激光器、探測器來降低系統(tǒng)本底水噪聲;采用具有Herriot多次反射長光程氣室，有效地提高同等濃度信號的吸收強度;使用具有16位模擬/數字轉換通道的高性能單片機來優(yōu)化檢測系統(tǒng)的分辨率;使用基于AD630的信號解調電路對二次諧波信號進行有效準確的提取。
　　4.針對本文中所使用

4、的二次諧波的峰-谷值檢測參量，對驅動信號對于諧波幅值影響進行了詳細探索，并最終確定最佳的調制幅度以及掃描范圍。并且，針對溫控驅動以及參考信號與調制信號之間的相位差對于二次諧波對稱性的不同影響進行了分析:溫控驅動主要影響二次諧波在基底處的對稱性，而參考信號與調制信號的相位差主要影響二次諧波在旁瓣處的對稱性。根據不同因素對諧波特性所產生的不同影響，針對性的提出了對諧波波形的優(yōu)化，并對剩余幅度所帶來的影響進行補償。
　　5.首次制作了基

5、于二次諧波法水蒸氣濃度檢測系統(tǒng)的模擬吸收信號源，并通過模擬吸收信號源對基于二次諧波法檢測水蒸氣濃度的系統(tǒng)進行模塊化分析標定。根據比爾-朗伯定律，在波長調制的情況下，模擬水蒸氣實際吸收過程，將帶有吸收凹陷的驅動信號輸入至檢測系統(tǒng)。通過使用該模擬吸收信號源，實現對檢測系統(tǒng)不同組件性能的針對性分析。將該模擬吸收信號源分別輸入至系統(tǒng)中的電路系統(tǒng)，電路以及光路系統(tǒng)，電路、光路以及氣室（完整的系統(tǒng)），通過對檢測結果中諧波波形，系統(tǒng)線性度，系統(tǒng)穩(wěn)定性