毕业论文(设计
可调谐二极管激光吸收光谱法检测CO气体的研究The Study of Remote Sensing CO Concentration Based on Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy 姓名与学号 3021121123
指导教师
年级与专业10级信息工程
所在学院和系信息学院光电系
毕业论文(设计任务书
一、题目:可调谐二极管激光吸收光谱法检测CO气体的研究
二、指导教师对毕业论文(设计的进度安排及任务要求:
起讫日期 200 年月日至 200 年月日
指导教师(签名职称
三、系、研究所审核意见:
负责人(签名
图片简介: 本技术提出一种基于激光吸收光谱的温度快速提取方法，属于可调谐二极管激光吸收光谱技术领域，用于待测气体温度快速提取。该温度快速提取 方法包括以下步骤：获取波数扫描的激光穿过待测气体后的吸收谱；计算吸收谱随波数变化曲线的一阶微分和二阶微分；建立温度快速提取模型； 使用多元线性回归算法求解温度快速提取模型，进而提取待测气体温度值。本技术仅利用一个激光吸收光谱即可进行温度快速提取，有效利用吸收 谱的形状信息，简化了传统的双吸收谱线温度提取方式。同时温度快速提取方法计算时间短，适于硬件实现，在温度实时测量方面具有广阔的前 景。 技术要求 1.一种基于激光吸收光谱的温度快速提取方法，所述的温度提取方法首先使波数扫描的激光经光纤分束器后，一路接入马赫曾德干涉仪后直接被01号光电探镜准直后，穿过待测气体，然后被02号光电探测器接收，综合两个探测器的信号和压力计测量的待测气体压力获得激光穿过待测气体后的吸收谱，然后计算微分，接着建立温度快速提取模型，最后使用多元线性回归算法求解温度快速提取模型，进而提取待测气体的温度值。 2.按照权利要求1所述的一种基于激光吸收光谱的温度快速提取方法，其特征在于该温度快速提取方法包括以下步骤： 步骤一、获取激光穿过待测气体后的吸收谱；激光器输出中心波数为ν0[cm-1]、波数扫描的激光，激光经光纤分束器后，一路接入马赫曾德干涉仪后直接被0从时间到相对波数的转换关系f，结合用于待测气体压力初步测量的压力计示数pm得到K个采样点处的绝对波数νa与时间t的关系： va＝f(t)+v0+pmδ (1) 式中，δ为该吸收谱线的压致频移系数，另一路光纤分束器输出的激光接入准直镜准直后，穿过待测气体，然后被02号光电探测器接收，获得透射信号光强I 收的位置拟合激光光强基线I0(t)，根据吸收率的定义，激光穿过待测气体后随时间变化的吸收率α(t)的计算公式为： 结合式(1)与式(2)得到随绝对波数变化的吸收率α(νa)，即吸收谱； 步骤二、计算吸收谱的一阶微分和二阶微分；对绝对波数值νa进行预处理：
可燃气体探测器原理 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
目前，可燃气体探测器常用的传感器有：催化燃烧传感器、半导体传感器；有毒气体检测仪常用的传感器有：电化学传感器、红外传感器和PID光离子传感器。下面就为大家一一介绍着几种传感器各自的工作原理和优缺点 催化燃烧传感器 催化燃烧式传感器是可燃气体探测器常用的传感器类型，它的工作原理是基于一个惠斯通电桥的结构。在它的测量桥上涂有催化物质，它在整个的测量过程中是不被消耗的。即使在空气中气体和蒸气浓度远远低于LEL（爆炸浓度下限）时，它们也会在这个桥上发生催化燃烧反应。测量时，要在参比和测量电桥上施加电压使之加热从而发生催化反应，这个温度大约是500℃或者更高。正常情况下，电桥是平衡的，V1 = V2，输出为零。如果有可燃气体存在，它的氧化过程（无焰燃烧）会使测量桥被加热，温度增加，而此时参比桥温度不变。电路会测出它们之间的电阻变化，V2 > V1，输出的电压同待测气体的浓度成正比。 催化燃烧式传感器的优点： 寿命较长（一般3年）、线性度好、温度范围宽、适用于LEL（可燃气体爆炸浓度下限）之下的检测。 催化燃烧式传感器的缺点： 需有氧检测、受环境的影响较大（中毒或抑制），需定期校正。 半导体传感器 半导体传感器也是可燃气体探测器和有毒气体检测仪常用的传感器。它的全称是“金属氧化物半导体传感器（MOS）”，它既可以用于检测PPM级的有毒气体也可以用于检测百分比浓度的易燃易爆气体。MOS传感器由一个金属半导体（比如SnO2)构成，在清洁空气中，它的电导很低，而遇到还原性气体，比如一氧化碳或可燃性气体，传感元件的电导会增加，从而引起电流变化触发报警电路。通过控制传感元件的温度，可以对不同的物质有一定的选择性。 半导体传感器的优点： 价格便宜、灵敏度高、能检测到ppm。 半导体传感器的缺点： 线性度差，只能作为定性的检测；受温湿度影响较大。
气体检测仪的原理分类及优缺点比较 气体检测仪按照功能不同，其操作使用的效果也存在很大差异，其中决定气体检测仪功能差别的重要 因素就是原理的设计不同，库瑞克针对气体检测仪的不同原理分类及其优缺点进行详细比较，带您一起解 密各中差别。 1、半导体式气体探测器 半导体式气体探测器是利用某些金属氧化物半导体材料,在一定温度下,电导率随着环境气体成分的变 化和变化的原则。例如,酒精传感器是使用二氧化锡遇到酒精气体在高温下,阻力将急剧减少准备的原则。 半导体式气体探测器可以有效地用于:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等许多气体检测。 特别是,这种传感器成本低、适合民用气体检测的需求。以下几种半导体式气体探测器是成功的:甲烷(天然气、甲烷)、酒精、一氧化碳、城市煤气、硫化氢、氨(胺、肼类)。高质量的传感器可以满足工业检 测的需要。 缺点:稳定性差,极大地影响环境;特别是,各类传感器选择性不是唯一,输出参数也不确定。因此,不应 被用于精确测量的要求。 2、催化燃烧式气体探测器 催化燃烧式气体探测器的制备高温铂电阻表面的催化剂层,在一定温度、表面催化燃烧的可燃气体,燃 烧是铂电阻温度,电阻变化,变化值是一个函数的可燃气体浓度。 催化燃烧式气体探测器有选择地检测可燃气体:谁能燃烧,能够检测;凡燃烧,传感器有任何反应。 催化燃烧式气体传感器测量精度、快速响应,使用寿命长。 传感器的输出与爆炸危险和环境直接相关,是一种安全检测传感器领域的主导地位。 缺点:范围内的可燃气体,没有选择性。通工作,有爆炸的危险。大部分元素有机蒸气中毒对传感器的 影响。 3、热导池式气体探测器 每一种气体,都有自己的特定的热导率,当两个或两个以上的气体的导热系数差别较大,热导池可以使用,区分一个组件的内容。 传感器的传感器用于检测氢检测高浓度的甲烷和二氧化碳。气体传感器的应用范围窄,限制因素。这 是一种旧的产品,世界各地的制造商。产品质量是相同的世界各地。 不同原理的气体检测仪的作用也存在很大差别，了解这些知识的好处在于，帮助我在检测仪的购买上 能够提供很大帮助，我们可以根据生产环境的需求，结合不同原理的气体检测仪的优缺点，来进行最佳化 的选择。
在线半导体激光光谱分析技术 王健 陈人 顾海涛 黄伟 王健先生，聚光科技(杭州)有限公司研究员；陈人先生，工程师；顾海涛先生，工程师；黄伟先生，工程师。 关键词：半导体激光吸收光谱 在线分析 调制吸收光谱 工业过程 半导体激光吸收光谱技术(Diode Laser Absorption Spectroscopy ，DLAS)最早在20 世纪70年代推出时使用中远红外波长的铅 盐半导体激光器，而这类激光器以及相应的 中远红外光电传感器在当时只能工作于非 常低的液氮甚至液氦温度，从而限制了 DLAS 技术在工业过程气体分析领域的应 用。80年代DLAS 技术开始被推广应用于 大气研究、环境监测、工业过程分析、医疗 诊断和航空航天等领域。现已逐渐发展成为 一种非常重要的在线气体分析技术，并受到 了越来越广泛的重视。 一 DLAS 技术原理 1. DLAS 基本原理 DLAS 技术是一种高分辨率吸收光谱技术，通过分析激光被气体的选择吸收来获得气体浓度、温度和压力等参数。半导体激光穿过被测气体后的光强衰减满足Beer-Lambert 关系： I(v)=I 0(v)exp(-S(T)Φ(v-v 0)PXL) (1) 式中I 0(v)和I(v)分别表示频率为v 的单色激光入射时和经过光程L 、压力为P 、温度为T 、浓度为X 的被测气体后的光强；S(T)表示气体吸收谱线的强度，是气体温度的函数；线形函数Φ(v-v 0)表征该吸收谱线的形状，它与气体温度、压力有关；线强S(T)和线形函数Φ(v-v 0)的乘积就是吸收谱线的吸收截面。激光强度的衰减与被测气体含量成定量的关系，因此，通过测量激光强度衰减信息就可分析获得被测气体的浓度。 DLAS 技术除了可在高温、高流速以及多相流等复杂、恶劣条件下分析测量气体的浓度之外，还可利用气体吸收谱线强度与气体温度的相关机制，实现对气体温度的检测。在某些应用工况下，DLAS 技术能够在进行气体浓度检测的同时，测量出气体温度并对浓度测量温度影响量进行修正(参见式(1))，实现高精度、恶劣环境适应性强的检测。 DLAS 技术测量气体温度通常需要测量被测环境中某一气体两条以上吸收谱线的吸收，核心原理是：通过挑选合适的吸收谱线对使该谱线对吸收线强之比为温度的灵敏函数，这样就可以通过测量该谱线对吸收线强之比来测量温度。 线强比值R 对温度T 的灵敏度是DLAS 温度测量技术的一个重要指标，表示为： T "E "E k hc T/T R/R 21???????=?? （2）
利用激光吸收光谱测量火焰中的碳烟颗粒浓度、温度以及气体浓 度 燃烧过程是化学反应和物理变化耦合的极其复杂的反应系统,对燃烧过程中的温度、气体组分浓度以及碳烟颗粒浓度等多种关键参数实现准确可靠的在线监测,以及对多种参数空间分布的同时测量与重建,对优化燃烧系统设计、提高能量利用效率等有着重要的现实意义。此外,对燃烧过程中的多种关键参数实现同时在线监测,对理解燃烧过程中的碳烟等污染物的生成机理也有着非常重要的帮助。 在此背景之下,本文开展了火焰中气固两相多种参数同时测量以及燃烧场中多种参数空间分布重建的研究,并且将新型的多参数同时测量方法应用碳烟颗粒生成的相关化学反应机理研究中。本文首先对研究过程中的分子吸收光谱技术的基本原理及各重要参数进行了详细阐述。 对基于吸收光谱技术的不同测量方法的特点及其适用范围进行了讨论,包括扫描波长直接吸收测量方法、固定波长直接吸收测量方法以及波长调制测量方法等。此外,还详细介绍了用于固体颗粒测量的Mie散射理论及其近似求解方法Rayleigh散射理论。 其次,研究了对高温环境下多种气体的温度和浓度的同时测量。选择位于4996 cm-1附近的CO2吸收谱线作为本实验研究过程中高温下 CO2温度和浓度同时测量的目标谱线对。 对吸收池内不同温度工况（873 K～1273 K）下不同CO2浓度（4%～10%）的CO2/N2混合气体的温度以及CO2浓度的进行了同时在线测量,温度值与设定温度值相比,平均偏差为2.07%,峰值偏差为3.49%;测量得到CO2气体浓度值与配比浓度值相比,平均偏差为
气体检测仪中重要的部分是气体传感器，用于检测气体成份和浓度的传感器都称作气体传感器，不管它是用物理方法，还是用化学方法。比如，检测气体流量的传感器不被看作气体传感器，但是热导式气体分析仪却属于重要的气体传感器，尽管它们有时使用大体一致的检测原理。 市场上目前流行的气体传感器/气体检测仪有如下种类： 一、催化燃烧式气体传感器 催化燃烧式气体传感器选择性地检测可燃性气体：凡是可以燃烧的，都能够检测到;凡是不能燃烧的，传感器都没有任何响应。 这种传感器是在白金电阻的表面制备耐高温的催化剂层，在一定的温度下，可燃性气体在其表面催化燃烧，燃烧是白金电阻温度升高，电阻变化，变化值是可燃性气体浓度的函数。 催化燃烧式气体传感器计量准确，响应快速，寿命较长。传感器的输出与环境的爆炸危险直接相关，在安全检测领域是一类主导地位的传感器。 缺点：在可燃性气体范围内，无选择性。暗火工作，有引燃爆炸的危险。大部分元素有机蒸汽对传感器都有中毒作用。 目前这种传感器的主要供应商在中国、日本、英国(发明国)。目前中国是这种传感器的最大用户(煤矿行业)，也拥有最佳的传感器生产技术。 二、热导池式气体传感器 每一种气体，都有自己特定的热导率，当两个和多个气体的热导率差别较大时，可以利用热导元件，分辨其中一个组分的含量。这种传感器已经传感器地用于氢气的检测、二氧化碳的检测、高浓度甲烷的检测。 三、半导体式气体传感器 半导体式气体传感器可以有效地用于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多气体地检测。尤其是，这种传感器成本低廉，适宜于民用气体检测的需求。 它是利用一些金属氧化物半导体材料，在一定温度下，电导率随着环境气体成份的变化而变化的原理制造的。比如，酒精传感器，就是利用二氧化锡在高温下遇到酒精气体时，电阻会急剧减小的原理制备的。 缺点：稳定性较差，受环境影响较大;尤其，每一种传感器的选择性都不是唯一的，输出参数也不能确定。因此，不宜应用于计量准确要求的场所。 目前这种传感器的主要供应商在日本(发明者)，其次是中国，韩国及美国等其他国家也有类似的产品，但是始终没有汇入主流。中国在这个领域投入的人力和时间都不亚于日本，但是由于多年来国家政策导向以及社会信息闭塞等原因，我国流行于市场的半导体式气体传感器性能质量都远逊于日本产品，随着市场进步，中国产的半导体式气体传感器达到和超越日本水平已经指日可待
原子吸收光谱法 原子吸收光谱（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS)，又称原子分光光度法，是基于待测元素的基态原子蒸汽对其特征谱线的吸收，由特征谱线的特征性和谱线被减弱的程度对待测元素进行定性定量分析的一种仪器分析的方法。 中文名 原子吸收光谱法 外文名 Atomic Absorption Spectroscopy 光线范围 紫外光和可见光 出现时间 上世纪50年代
简称 AAS 测定方法 标准曲线法、标准加入法 别名 原子吸收分光光度法 基本原理 原子吸收光谱法(AAS)是利用气态原子可以吸收一定波长的光辐射，使原子中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。由于各种原子中电子的能级不同，将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光，这个共振吸收波长恰好等于该原子受激发后发射光谱的波长。当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时，即入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态（一般情况下都是第一激发态）所需要的能量频率时，原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线，使入射光减弱。特征谱线因吸收而减弱的程度称吸光度A，在线性范围内与被测元素的含量成正比： A=KC 式中K为常数；C为试样浓度；K包含了所有的常数。此式就是原子吸收光谱法进行定量分析的理论基础
由于原子能级是量子化的，因此，在所有的情况下，原子对辐射的吸收都是有选择性的。由于各元素的原子结构和外层电子的排布不同，元素从基态跃迁至第一激发态时吸收的能量不同，因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。由此可作为元素定性的依据，而吸收辐射的强度可作为定量的依据。AAS现已成为无机元素定量分析应用最广泛的一种分析方法。该法主要适用样品中微量及痕量组分分析。 原子吸收光谱法谱线轮廓 原子吸收光谱线并不是严格几何意义上的线，而是占据着有限的相当窄的频率或波长范围，即有一定的宽度。原子吸收光谱的轮廓以原子吸收谱线的中心波长和半宽度来表征。中心波长由原子能级决定。半宽度是指在中心波长的地方，极大吸收系数一半处，吸收光谱线轮廓上两点之间的频率差或波长差。半宽度受到很多实验因素的影响。影响原子吸收谱线轮廓的两个主要因素：
基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统研究本论文课题来源于中国国家自然科学基金项目“新型红外瓦斯和一氧化碳检测仪的研究”、美国xx部项目“xxx”。研究了基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统,采用了可调谐二极管激光吸收光谱技术和腔增强吸收光谱技术研制了四套气体检测系统,检测了甲烷、乙炔、水汽、甲醛等气体。详细介绍了各检测系统的结构和原理,测试了系统的灵敏度、响应时间和稳定性等参数。第一章引言部分介绍了甲烷、乙炔、甲醛等气体的应用和危害,监测这些气体的浓度对于安全生产和环境保护具有重要的意义。 介绍比较了几种常见的气体检测方法:电化学法,催化燃烧法,气相色谱法和红外吸收光谱法。如红外吸收光谱法的优缺点:灵敏度高、响应速度快、寿命长、可以非接触式测量等,可以广泛应用于工农业生产、环境监测、医学诊疗和军事等领域。介绍了红外气体检测技术的种类、国内外发展现状和趋势。包括直接吸收光谱技术、光声光谱技术、腔衰荡光谱技术、腔增强吸收光谱技术和波长调制光谱技术等。 第二章是红外激光吸收光谱技术的理论部分:分子光谱理论和朗伯-比尔定律。气体分子红外吸收光谱产生的原因是分子内部振动能级和转动能级的跃迁,不同种类的气体分子具有不同的吸收谱线位置和强度,气体分子的光谱特征确保了红外气体检测技术的选择性。根据朗伯-比尔定律,待测气体分子对特定波长光强的吸收量与气体浓度有关。第三章主要介绍了基于近红外分布反馈半导体激光器(DFB激光器)和可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的乙炔检测系统,详细介绍了系统结构及检测性能。 设计的电路部分包括高精度、高稳定性的DFB激光器驱动器,数字正交锁相放大器以及光电探测电路。驱动器的温控模块采用积分分离式数字比例积分微分算法,温控过程快速平稳,长期工作波动为±0.01oC,长期稳定性高;设计的数字正交锁相放大器以数字处理器芯片为核心,硬件电路简单、体积小、便于集成。比较了减法预处理电路和除法预处理电路两种信号处理方式,通过实验发现,采用除法预处理电路时,系统具有较低的检测下限。当积分时间为1 s时,阿伦方差为15.8 ppm~2,系统的检测下限为3.97 ppm;积分时间增加到68s时检测下限进一步降低为540 ppb。
实验一红外吸收光谱法 一、实验目的1．了解傅立叶变换红外光谱仪的基本构造及工作原理2．掌握红外光谱分析的基础实验技术3．学会用傅立叶变换红外光谱仪进行样品测试4．掌握几种常用的红外光谱解析方法 二、实验原理、方法和手段 （一）实验原理 不同波长的电磁辐射都具有相应的能量，在它与物质的相互作用中，如果其能量与物质的原子、分子或离子的低能态和高能态之间的能量差相同时，物质的 原子、分子或离子便选择性地吸收电磁辐射的能量，同时使自己从低能态跃迁到高能态。如果将透过某物质的电磁辐射用单色器将其色散，让它按波长顺序排列，并测量在不同波长处的辐射强度，就可得到该物质的吸收光谱。 波长在0.76 ym- 1000叩的电磁辐射称为红外光（infrared ray），该区域称为红外光谱区或红外区。红外光又可划分为近红外区（0.76叩?2.5叩或13158cm-1?4000cm-1）、中红外区（2.5 yn?50或4000cm-1?200cm-1）、远红外区（50ym?1000ym或200cm-1?10cm-1）。其中红外区是研究分子振动能级跃迁的主要区域。 红外区的光谱除用波长入表征外，更常用波数（wave number）c表征。波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。 作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为“分子指纹”。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸汽压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。 根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式。因此，特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度取决于分子中各基团（化学键）的振动形式和所处的化学环境。只要掌握了各种基团的振动频率（基团频率）及其位移规律，即可利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收谱带的归属，确定分子中所含的基团或键，并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变，来推定分子结构。 （二）仪器的基本结构及工作原理 1 ．光源 红外光谱仪（FT）中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射高强度连续红外辐射，如空冷陶瓷光源。随着科技的发展，一种黑体空腔光源被研制出来。它的输出能量远远高于空冷陶瓷光源，可达到60％以上。 2?迈克尔逊干涉仪 其作用是将光源发出的红外辐射转变成干涉光，特点是输出能量大、分辨率高、波数精度高（它采用激光干涉条纹准确测定光差，故使其测定的波数更为精确）、且扫描平稳、重线性好。
激光拉曼光谱技术 摘要:论文综述了激光拉曼光谱的发展历史，拉曼光谱原理，其中有自发拉曼散射，相干反射托克斯拉曼散射光谱和受 激拉曼散射。 关键词:激光拉曼光谱原理自发反斯托克斯受激 正文 1．拉曼光谱的发展历史 印度物理学家拉曼于1928年用水银灯照射苯液体,发 现了新的辐射谱线:在入射光频率ω0的两边出现呈对称分 布的,频率为ω0-ω和ω0+ω的明锐边带,这是属于一种 新的分子辐射,称为拉曼散射,其中ω是介质的元激发频率。拉曼因发现这一新的分子辐射和所取得的许多光散射研究 成果而获得了1930年诺贝尔物理奖。与此同时,前苏联兰 茨堡格和曼德尔斯塔报导在石英晶体中发现了类似的现象, 即由光学声子引起的拉曼散射,称之谓并合散射。 法国罗卡特、卡本斯以及美国伍德证实了拉曼的观察 研究的结果。然而到1940年,拉曼光谱的地位一落千丈。 主要是因为拉曼效应太弱(约为入射光强的10-6),人们难以 观测研究较弱的拉曼散射信号,更谈不上测量研究二级以上 的高阶拉曼散射效应。并要求被测样品的体积必须足够大、无色、无尘埃、无荧光等等。所以到40年代中期,红外技 术的进步和商品化更使拉曼光谱的应用一度衰落。1960年 以后,红宝石激光器的出现,使得拉曼散射的研究进入了一 个全新的时期。由于激光器的单色性好,方向性强,功率密 度高,用它作为激发光源,大大提高了激发效率。成为拉曼 光谱的理想光源。随探测技术的改进和对被测样品要求的 降低,目前在物理、化学、医药、工业等各个领域拉曼光谱
得到了广泛的应用,越来越受研究者的重视。 70年代中期,激光拉曼探针的出现,给微区分析注人活力。80年代以来,美国Spex公司和英国Rr i ns how公司 相继推出,位曼探针共焦激光拉曼光谱仪,由于采用了凹陷 滤波器(notch filter)来过滤掉激发光,使杂散光得到抑制,因而不在需要采用双联单色器甚至三联单色器,而只需要采用单一单色器,使光源的效率大大提高,这样入射光的功率 可以很低,灵敏度得到很大的提高。Di l o公司推出了多测点在线工业用拉曼系统,采用的光纤可达200m,从而使拉曼 光谱的应用范围更加广阔。 2拉曼光谱的原理 2.1自发拉曼散射 泵浦光注入光纤后，其部分能量转为拉曼散射光，当 泵浦光的强度小于阈值时，这时光纤分子的热平衡没有被 破坏，这种拉曼散射叫自发拉曼散射。拉曼散射的产生原 因是光子与分子之间发生了能量交换改变了光子的能量。2.2拉曼散射的产生 光子和样品分子之间的作用可以从能级之间的跃迁来 分析。样品分子处于电子能级和振动能级的基态,入射光子的能量远大于振动能级跃迁所需要的能量,但又不足以将分子激发到电子能级激发态。这样,样品分子吸收光子后到达一种准激发状态,又称为虚能态。样品分子在准激发态时是不稳定的,它将回到电子能级的基态。若分子回到电子能级基态中的振动能级基态,则光子的能量未发生改变,发生瑞 利散射。如果样品分子回到电子能级基态中的较高振动能 级即某些振动激发态,则散射的光子能量小于入射光子的能量,其波长大于入射光。这时散射光谱的瑞利散射谱线较低频率侧将出现一根拉曼散射光的谱线,称为St okes线。如果样品分子在与入射光子作用前的瞬间不是处于电子能级 基态的最低振动能级,而是处于电子能级基态中的某个振动能级激发态,则入射光光子作用使之跃迁到准激发态后,该 分子退激回到电子能级基态的振动能级基态,这样散射光能量大于入射光子能量,其谱线位于瑞利谱线的高频侧,称为
技术方案 氨储罐区氨气检测报警联动系统
目录 一、工作原理介绍 (2) 1 工作原理介绍 (2) 1．自动报警及联动系统 (2) 2．水喷淋系统 (3) 2、系统图 (4) 3、产品介绍 (4) 第二部分工程安装实施方案 (8) 1 施工工艺： (8) 1．1施工顺序 (8) 2 主要施工方法： (9) 3 管道井内管道安装施工措施 (9) 4 水泵安装施工措施 (10) 5 泵安装 (11) 6 泵的调试运转 (11) 7 管道焊接施工措施 (11) 3 操作要点 (12)
第一部分系统解决方案概述 一、工作原理介绍 1 工作原理介绍 1．自动报警及联动系统 本系统设置一个中心控制室，可与值班室合用。在中控室设计安装一台氨气浓度检测报警控制器。由于本项目应为一级保护对象，故每个报警区采用局部保护方式。在每个氨储罐区设置1个氨气浓度检测探测器。如果保护区的探测器、线路发生故障，或探测到氨气浓度超标的检测信号，则相应的指示灯会点亮，中心控制室的声光一体机报警，而相对应的氨储罐区的声光一体机也会发生报警提示。 当发生氨气浓度超标时，氨气浓度检测自动报警控制器发生氨气浓度超标控制输出信号，氨气浓度超标指示灯点亮，报警主机显示首氨气浓度超标地址，通过键盘操作可以显示其它氨气浓度超标地址。 由于此报警信号由为重要，所以我们建议信号传输线缆的安装采用镀锌钢管布管，安装方式可水平安装于吊顶或楼板内，垂直安装于竖井内。报警总线,DC 24V电源线、报警线和联动控制线分别采用RRVVP2*1.0阻燃塑料铜芯线布线,钢管之间用接地线卡连接，如预留预埋与楼板内，则用钢套管焊接，与接线盒，箱之间接地线用螺栓压接或在盒，箱边缘焊接。
紫外可见吸收光谱法 开放分类：化学科学 收藏分享到顶[1]编辑词条 目录 ? 1 概述 ? 2 基本原理 ? 3 特点 ? 4 仪器组成 ? 5 应用 ? 6 影响因素 ?展开全部 摘要 紫外可见吸收光谱法是利用某些物质的分子吸收10～800nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法，这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级间的跃迁，广泛用于有机和无机物质的定性和定量测定。该方法具有灵敏度高、准确度好、选择性优操作简便、分析速度好等特点。 紫外可见吸收光谱法-概述 图4.3
分子的紫外可见吸收光谱法是基于分子内电子跃迁产生的吸收光谱进行分析的一种常用的光谱分析法。分子在紫外-可见区的吸收与其电子结构紧密相关。紫外光谱的研究对象大多是具有共轭双键结构的分子。如（图4.3），胆甾酮（a）与异亚丙基丙酮（b）分子结构差异很大，但两者具有相似的紫外吸收峰。两分子中相同的O=C-C=C共轭结构是产生紫外吸收的关键基团。 紫外-可见以及近红外光谱区域的详细划分如图4.4所示。紫外-可见光区一般用波长（nm）表示。其研究对象大多在200-380 nm的近紫外光区和/或380-780 nm的可见光区有吸收。紫外-可见吸收测定的灵敏度取决于产生光吸收分子的摩尔吸光系数。该法仪器设备简单,应用十分广泛。如医院的常规化验中，95%的定量分析都用紫外-可见分光光度法。在化学研究中，如平衡常数的测定、求算主-客体结合常数等都离不开紫外-可见吸收光谱。[1] （图）图4.4 紫外可见吸收光谱法-基本原理 紫外可见吸收光谱的基本原理是利用在光的照射下待测样品内部的电子跃迁，电子跃迁类型有： （1）σ→σ* 跃迁指处于成键轨道上的σ电子吸收光子后被激发跃迁到σ*反键轨道 （2）n→σ* 跃迁指分子中处于非键轨道上的n电子吸收能量后向σ*反键轨道的跃迁 （3）π→π* 跃迁指不饱和键中的π电子吸收光波能量后跃迁到π*反键轨道。 （4）n→π* 跃迁指分子中处于非键轨道上的n电子吸收能量后向π*反键轨道的跃迁。
第 11 章激光拉曼光谱分析 第十一章激光拉曼光谱分析 （L aser Raman Spectroscopy， LRS） 教学要求 1.理解拉曼散射的基本原理 2.理解拉曼光谱和红外光谱与分子结构关系的主要差别 3.了解拉曼光谱仪器结构 4.了解激光拉曼光谱的应用 重点：拉曼光谱原理；拉曼光谱与红外光谱的关系 难点：拉曼光谱与红外光谱的关系 课时安排： 1.5 学时 §11-1 拉曼光谱原理 一、拉曼光谱 当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会按原来的方向透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。 在垂直方向观察时，除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外，还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应。 由于拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分 子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征。 拉曼光谱和红外光谱一样同属于分子振动光谱 ,可以反映分子的特征结构。但是拉曼散射效应是个非常弱的过程 ,一般其光强仅约为入射光强的 10-10。 1、瑞利散射 虚拟态 当光子与物质的分子发生弹性碰撞时， hυ0hυ0 没有能量交换，光子仅改变运动方向，这种散射称瑞利散射。入射光与散射光的频率相同，如图中 2、3 两种情况。 2、斯托克斯 (Stokes)散射 hυ0h(υ0-υ1) hυ0hυ0hυ0h(υ0+υ1) υ=1 υ=0 图 11-1 瑞利散射、斯托克斯和反斯托克斯散射示意图 当光子与物质的分子发生非弹性碰撞时，可以得到或失去能量，当受激分子
气体传感器的检测原理 检测气体的浓度依赖于气体检测变送器，传感器是其核心部分，按照检测原理的不同，主要分为金属氧化物半导体式传感器、催化燃烧式传感器、定电位电解式气体传感器、迦伐尼电池式氧气传感器、红外式传感器、PID光离子化传感器、等以下简单概述各种传感器的原理及特点。 金属氧化物半导体式传感器 金属氧化物半导体式传感器利用被测气体的吸附作用，改变半导体的电导率，通过电流变化的比较，激发报警电路。由于半导体式传感器测量时受环境影响较大，输出线形不稳定。金属氧化物半导体式传感器，因其反应十分灵敏，故目前广泛使用的领域为测量气体的微漏现象。 催化燃烧式传感器。 催化燃烧式传感器原理是目前最广泛使用的检测可燃气体的原理之一，具有输出信号线形好、指数可靠、价格便宜、无与其他非可燃气体的交叉干扰等特点。催化燃烧式传感器采用惠斯通电桥原理，感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧，使温度使感应电阻的阻值发生变化，打破电桥平衡，使之输出稳定的电流信号，再经过后期电路的放大、稳定和处理最终显示可靠的数值。 定电位电解式气体传感器 定电位电解式传感器是目前测毒类现场最广泛使用的一种技术，在此方面国外技术领先，因此此类传感器大都依赖进口。定电位电解式气体传感器的结构：在一个塑料制成的筒状池体内，安装工作电极、对电极和参比电极，在电极之间充满电解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜，在顶部封装。前置放大器与传感器电极的连接，在电极之间施加了一定的电位，使传感器处于工作状态。气体与的电解质内的工作电极发生氧化或还原反应，在对电极发生还原或氧化反应，电极的平衡电位发生变化，变化值与气体浓度成正比。 迦伐尼电池式氧气传感器 隔膜迦伐尼电池式氧气传感器的结构：在塑料容器的一面装有对氧气透过性良好的、厚10~30μm的聚四氟乙烯透气膜，在其容器内侧紧粘着贵金属（铂、黄金、银等）阴电极，在容器的另一面内侧或容器的空余部分形成阳极（用铅、镉等离子化倾向大的金属）。用氢氧化钾。氧气在通过电解质时在阴阳极发生氧化还原反应，使阳极金属离子化，释放出电子，电流的大小与氧气的多少成正比，由于整个反应中阳极金属有消耗，所以传感器需要定期更换。目前国内技术已日趋成熟，完全可以国产化此类传感器。 红外式传感器 红外式传感器利用各种元素对某个特定波长的吸收原理，具有抗中毒性好，反应灵敏，对大多数碳氢化合物都有反应。但结构复杂，成本高。
原子吸收光谱法 原子吸收光谱(Atomic Absorption Spectroscopy,AAS),又称原子分光光度法,就是基于待测元素的基态原子蒸汽对其特征谱线的吸收,由特征谱线的特征性与谱线被减弱的程度对待测元素进行定性定量分析的一种仪器分析的方法。 中文名 原子吸收光谱法 外文名 Atomic Absorption Spectroscopy 光线范围 紫外光与可见光 出现时间 上世纪50年代 简称 AAS 测定方法 标准曲线法、标准加入法 别名 原子吸收分光光度法 基本原理 原子吸收光谱法(AAS)就是利用气态原子可以吸收一定波长的光辐射,使原子中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。由于各种原子中电子的能级不同,将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光,这个共振吸收波长恰好等于该原子受激发后发射光谱的波长。当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时,即入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态(一般情况下都就是第一激发态)所需要的能量频率时,原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线,使入射光减弱。特征谱线因吸收而减弱的程度称吸光度A,在线性范围内与被测元素的含量成正比: A=KC 式中K为常数;C为试样浓度;K包含了所有的常数。此式就就是原子吸收光谱法进行定量分析的理论基础 由于原子能级就是量子化的,因此,在所有的情况下,原子对辐射的吸收都就是有选择性的。由于各元素的原子结构与外层电子的排布不同,元素从基态跃迁至第一激发态时吸收的能量不同,因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。由此可作为元素定性的依据,而吸收辐射的强度可作为定量的依据。AAS现已成为无机元素定量分析应用最广泛的一种分析方法。该法主要适用样品中微量及痕量组分分析。
激光拉曼光谱实验讲义 引言 一 实验目的 1、了解拉曼散射的基本原理 2、学习使用拉曼光谱仪测量物质的谱线，知道简单的谱线分析方法。 二 实验原理 当波束为0ν的单色光入射到介质上时，除了被介质吸收、反射和透射外，总会有一部分被散射。按散射光相对于入射光 波数的改变情况，可将散射光分为三类：第一类，其波数基本不变或变化小于5110cm --，这类散射称为瑞利散射；第二类， 其波数变化大约为10.1cm -，称为布利源散射；第三类是波数变化大于11cm -的散射，称为拉曼散射；从散射光的强度看， 瑞利散射最强，拉曼散射最弱。 在经典理论中，拉曼散射可以看作入射光的电磁波使原子或分子电极化以后所产生的，因为原子和分子都是可以极化的，因而产生瑞利散射，因为极化率又随着分子内部的运动（转动、振动等）而变化，所以产生拉曼散射。 在量子理论中，把拉曼散射看作光量子与分子相碰撞时产生的非弹性碰撞过程。当入射的光量子与分子相碰撞时，可以是弹性碰撞的散射也可以是非弹性碰撞的散射。在弹性碰撞过程中，光量子与分子均没有能量交换，于是它的频率保持恒定，这叫瑞利散射，如图（1a ）；在非弹性碰撞过程中光量子与分子有能量交换，光量子转移一部分能量给散射分子，或者从散射分子中吸收一部分能量，从而使它的频率改变，它取自或给予散射分子的能量只能是分子两定态之间的差值12E E E ?=-，当光量子把一部分能量交给分子时，光量子则以较小的频率散射出去，称为频率较低的光（斯托克斯线），散射分 子接受的能量转变成为分子的振动或转动能量，从而处于激发态 1E ，如图（1b ），这时的光量子的频率为0ννν'=-?；当分子已经处于振动或转动的激发态1E 时，光量子则从散射分子中取得 了能量E ?（振动或转动能量），以较大的频率散射，称为频率较 高的光（反斯托克斯线），这时的光量子的频率为 0ννν'=+?。如果考虑到更多的能级上分子的散射，则可产生更多的 斯托克斯线和反斯托克斯线。
可燃有毒气体检测器工作原理 在石油、化工、天然气等工业生产过程中，可燃性、有毒气体的泄漏是普遍存在的，泄漏本身是十分危险的，它可能导致错误操作、损坏设备、污染环境，甚至造成重大火灾、爆炸、中毒事故，所以应在生产装置附近安装可燃、有毒气体检测报警器，及时检测并发出报警信号。可燃有毒气体检测器基本工作原理如下图所示： ?报警仪原理介 技术原理图 由上图所见，可燃有毒气体检测器的核心部件为传感器，目前市场上检测可燃有毒气体检测器根据被测气体的不同，所采用的传感器的主要工作原理有：催化燃烧、电化学、PID（光离子）等，其原理如下： 电化学传感器工作原理 利用待测气体在电解池中工作电极上的电化学氧化过程，通过电子线路将电解池的工作电极和参比电极恒定在一个适当的电位，在该电位下可以发生待测气体的电化学氧化，由于氧在氧化和还原反应时所产生的法拉第电流很小，可以忽略不计，于是待测气体电化学反应所产生的电流与其浓度成正比并遵循法拉第定律。这样，通过测定电流的大小就可以确定待测气体的浓度。 通常，三电极电化学式气体传感器主要由电极、电解液、电解液的保持材料、除去干涉气体的过滤材料、密闭外壳，管脚等零部件组成。 传感器中的电极包括工作电极、参比电极和对电极，是由对被测气体具有催化作用的材料制成。电化学式气体传感器的化学反应系统主要有三个电极组成：W极——用于氧化反应的工作电极；
C极——用于还原反应的对电极； R极——可提供恒电位的参比电极； 电化学毒性气体传感器的代表性构造如下图所示。 进入传感器内的气体在工作电极被氧化(大多数的气体) 或被还原( 举例来说硫化氢)。反应按化学计量比进行。如硫化氢在工作电极上的反应：硫化氢(H2S) : H2S + 4H2O→H2SO4 + 8H+ + 8e 上述反应中，参与电化学反应的物种是来源于环境的待测气体和氧气，传感器仅作为电化学反应的反应容器。当传感器确定时，反应生成的电流大小相应地取决于被测气体和氧气的扩散速度，气体的扩散速度则与气体分压、温度、风速等因素有关。可用一只已知电阻（通常是47欧姆）连接工作电极和对电极，通过测量流过该电阻的电流来准确测量被测气体的浓度。通常此类传感器的预期使用寿命为1-2 年，巴尚公司（BSI）能做到3~5年。 电化学式传感器使用的局限性 由于电化学式传感器内置电解液，在应用时，需注意以下几点： 1. 禁止安装在强烈振动源上（会影响测量精度）； 2.禁止安装在超过工作温度（－20度到＋50度）的环境中（会损坏传感器）； 3.传感器使用寿命为2～3年（正常使用条件下），需更换（电解液会消耗殆尽）。 催化燃烧传感器工作原理 通过一个惠司通电桥与两只固定电阻构成检测桥路，传感器就是一个由两个燃烧元件的简单的小电炉，当空气中含有可燃性气体扩散到检测原件上，在检测原件表面催化剂作用下迅速进行无焰燃烧，产生反应热使检测的铂丝电阻值增大，检测桥路输出一个差压信号。这个信号的大小与可燃性气体的浓度成正比例关系。
气体检测传感器原理 金属氧化物半导体式传感器 金属氧化物半导体式传感器利用被测气体的吸附作用，改变半导体的电导率，通过电流变化的比较，激发报警电路。由于半导体式传感器测量时受环境影响较大，输出线形不稳定。金属氧化物半导体式传感器，因其反应十分灵敏，故目前广泛使用的领域为测量气体的微漏现象。 催化燃烧式传感器 催化燃烧式传感器原理是目前最广泛使用的检测可燃气体的原理之一，具有输出信号线形好、指数可靠、价格便宜、无与其他非可燃气体的交叉干扰等特点。催化燃烧式传感器采用惠斯通电桥原理，感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧，使温度使感应电阻的阻值发生变化，打破电桥平衡，使之输出稳定的电流信号，再经过后期电路的放大、稳定和处理最终显示可靠的数值。 定电位电解式气体传感器 定电位电解式传感器是目前测毒类现场最广泛使用的一种技术，在此方面国外技术领先，因此此类传感器大都依赖进口。定电位电解式气体传感器的结构：在一个塑料制成的筒状池体内，安装工作电极、对电极和参比电极，在电极之间充满电解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜，在顶部封装。前置放大器与传感器电极的连接，在电极之间施加了一定的电位，使传感器处于工作状态。气体与的电解质内的工作电极发生氧化或还原反应，在对电极发生还原或氧化反应，电极的平衡电位发生变化，变化值与气体浓度成正比。 迦伐尼电池式氧气传感器 隔膜迦伐尼电池式氧气传感器的结构：在塑料容器的一面装有对氧气透过性良好的、厚10~30μm的聚四氟乙烯透气膜，在其容器内侧紧粘着贵金属(铂、黄金、银等)阴电极，在容器的另一面内侧或容器的空余部分形成阳极(用铅、镉等离子化倾向大的金属)。用氢氧化钾。氧气在通过电解质时在阴阳极发生氧化还原反应，使阳极金属离子化，释放出电子，电流的大小与氧气的多少成正比，由于整个反应中阳极金属有消耗，所以传感器需要定期更换。目前国内技术已日趋成熟，完全可以国产化此类传感器。 红外式传感器 红外式传感器利用各种元素对某个特定波长的吸收原理，具有抗中毒性好，反应灵敏，对大多数碳氢化合物都有反应。但结构复杂，成本高。 PID光离子化气体传感器
第15章激光共焦显微拉曼光谱分析 拉曼散射是印度科学家Raman在1928年发现的，拉曼光谱因之而得名。光和介质分子相互作用时会引起介质分子作受迫振动从而产生散射光，其中大部分散射光的频率和入射光的频率相同，这种散射被称为瑞利散射，英国物理学家瑞利于1899年曾对其进行了详细的研究。在散射光中，还有一部分散射光的频率和入射光的频率不同。拉曼在他的实验室里用一个大透镜将太阳光聚焦到一瓶苯的溶液中，经过滤光的太阳光呈现蓝色，但是当光束再次进入溶液后，除了入射的蓝光之外，拉曼还观察到了很微弱的绿光，拉曼认为这是光与溶剂分子相互作用产生的一种新频率的光谱线。因为这一重大发现，拉曼于1930年荣获诺贝尔物理学奖。 拉曼光谱得到的是物质的分子振动和转动光谱，是物质的指纹性信息，因此拉曼可以作为认证物质和分析物质成分的一种有力工具。而且拉曼峰的频率对物质结构的微小变化非常敏感，所以也常通过对拉曼峰的微小变化的观察，来研究在某些特定条件下，例如改变温度、压力和掺杂特性等，所引起的物质结构的变化，从而间接推出材料不同部分微观上的环境因素的信息，如应力分布等。 拉曼光谱技术具有很多优点：光谱的信息量大，谱图易辨认，特征峰明显；对样品无接触，无损伤；样品无需制备；能够快速分析、鉴别各种材料的特性与结构；激光拉曼光谱仪的显微共焦功能可做微区微量以及分层材料的分析（1 μm左右光斑）；能适合黑色和含水样品以及高低温和高压条件下测量；此外，拉曼光谱仪使用简单，稳固而且体积适中，维护成本也相对较低。 激光拉曼光谱是激光光谱学中的一个重要分支，应用十分广泛。在化学方面应可应用于有机化学、无机化学、生物化学、石油化工、高分子化学、催化和环境科学、分子鉴定、分子结构等研究；在物理学方面可以应用于发展新型激光器、产生超短脉冲、分子瞬态寿命研究等，此外在相干时间、固体能谱方面也有及其广泛的应用。 15.1基本原理 入射光与物质相互作用时除了发生反射、吸收、透射以及发射等光学现象外，还会发生物质对光的散射作用。相对于入射光的波数，散射光的波数变化会发生三类情况。第一类为瑞利散射，其频率变化小于3×105Hz，波数基本不变或者变化小于10-5 cm-1；第二类为布里渊散射，其频率变化小于3×109Hz，波数变化一般为(0.1～2) cm-1；第三类频率改变大于3×1010Hz，波数变化较大，这种散射被称为拉曼散射。从散射光的强度看，最强的为瑞利散射，一般为入射光的10-3，最弱的为拉曼散射，它的微分散射面积仅为10-30 cm2mol-1sr-1，其强度约为入射光的10-10左右。 经典的物理学理论认为，红外光谱的产生伴随着分子偶极矩的变化，而拉曼散射则伴随着分子极化率的改变，这种极化率的改变是通过分子内部的运动（例如转动、振动等）来实现的。