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基于TDLAS技术的在线多组分气体浓度检测系统孙灵芳;于洪【摘要】为了提高环境气体监测精度,降低设备维护成本需求,设计了一种多组分气体同时或近同时在线检测系统.该系统基于TDLAS技术采用DFB可调谐激光测量气体浓度,能够实现760 nm O2和2 326 nm CO混合气体同时在线监测.设计发射单元、接收单元等模块,分析TDLAS可调谐激光检测、PID温度控制、锁相检测原理.结合火电厂烟道氧量浓度测试,对系统进行了验证.实验结果表明:与传统的工业气体测量装置相比,该系统能获得更高的精度、更快的响应速度以及良好的稳定性,适应恶劣环境能力强,具有较好的实用性及可行性.%In order to improve the accuracy of detecting the environmental gas in the industry and satisfy the requirement for reducing the equipment cost,a meanwhile online or nearly meanwhile on-line multi-component gas detection system was designed.Based on TDLAS technology,this system adopted the DFB tunable laser to detect the gas concentration.Moreover,it can also realize the online simultaneous detection of the mixed gas of 760 nm O2 and 2 326 nm CO.This paper designed and analyzed the modules such as transmitting unit and Receiving unit.TDLAS tunable laser detection,PID temperature control and principle of phase lock detection were analyzed.The system was verified through the test of flue oxygen concentration in the thermal power plant.According to the experimental result,comparing with the traditional industrial gas measuring device,this system has higher accuracy and faster response speed and goodstability,and has the strong ability to function in the harsh environment as well as the high applicability and feasibility.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】5页(P73-77)【关键词】光谱分析;多组分气体;锁相放大;正弦调制;谐波检测【作者】孙灵芳;于洪【作者单位】东北电力大学自动化工程学院,吉林吉林 132012;东北电力大学节能与测控技术研究中心,吉林吉林 132012;东北电力大学自动化工程学院,吉林吉林132012【正文语种】中文【中图分类】TP273可调谐半导体激光吸收光谱技术(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)利用分布反馈激光器(DFB)的窄线宽和波长调谐等特性来实现气体分子“指纹区”吸收谱线的扫描和测量,具有高灵敏度、高分辨率、响应速度快、适应恶劣环境强等优点[1]。
基于TDLAS的甲烷气体监测系统的研究的开题报告一、研究背景甲烷是一种重要的温室气体，它可以导致全球气候变化和环境污染。
甲烷气体监测对于环境保护和气候变化研究具有重要意义。
传统的甲烷气体监测方法主要基于化学传感器和红外线传感器，但它们的测量精度和灵敏度有限。
激光吸收光谱技术（TDLAS）作为一种高精度、高灵敏度、无毒污染的测量方法已经在气体监测领域得到广泛应用。
因此，基于TDLAS的甲烷气体监测系统的研究具有很高的研究价值和应用前景。
二、研究内容本研究旨在设计、制作和测试一种基于TDLAS的甲烷气体监测系统。
具体包括以下研究内容：1. 设计和制造TDLAS光路系统；2. 选择合适的激光光源和探测器；3. 编写控制软件，并对系统进行数据采集和处理；4. 进行系统测试和数据分析。
三、研究目标和意义本研究的目标是开发出高精度、高灵敏度、可靠性高的基于TDLAS的甲烷气体监测系统。
通过对系统精度和稳定性的测试，验证系统性能和应用价值，为环境监测和气候变化研究提供一种新的、有效的监测手段。
四、研究方法1. 系统设计和制作：根据TDLAS原理，设计和制作光路系统，选用合适的激光光源和探测器。
2. 数据采集和处理：编写控制软件，实现数据采集和处理，包括数据校准、滤波和分析。
3. 系统测试和数据分析：对系统进行性能测试和数据分析，计算系统的灵敏度、稳定性和精度等参数。
五、研究预期结果本研究预期将开发出一种基于TDLAS的甲烷气体监测系统，并通过实验测试验证系统的性能和应用价值。
该系统预计具有以下优点：1. 高精度、高灵敏度：采用TDLAS技术实现非常高的测量精度和灵敏度。
2. 无毒污染、环保：系统采用激光技术，无需使用化学试剂，无毒污染，环保。
3. 可重复性高：系统采用数字控制，测量结果准确可靠，可以进行高精度、高可重复性的数据采集。
六、研究进度安排研究内容包括系统设计和制作、数据采集和处理、系统测试和数据分析。
基于STM32的大气粉尘浓度实时检测系统设计
张荣华;邹超华
【期刊名称】《四川理工学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2016(029)002
【摘要】为了实时测量大气中粉尘浓度,设计了一套基于光散射原理的检测系统.根据朗伯-比尔定律可知,准确测量透射光强是检测的关键因素.系统采用锂电池供电,以STM32微处理器为核心,测量光束通过被测介质前后的光强变化,转化为电信号,经运放放大后送入ADC处理,实现浓度信息采集,DHT11检测环境中温湿度,实时时钟设置系统的日期和时间,数据经单片机处理后动态显示在LCD5110上,可以通过菜单和AD键盘进行功能设置.实验结果表明,该系统能实现便携实时测量,相对误差小于10％,精度较高,具有功能丰富、超限报警、实用性强、功耗低、操作简单、固件升级容易等特点.
【总页数】5页(P14-18)
【作者】张荣华;邹超华
【作者单位】四川理工学院机械工程学院,四川自贡643000;四川理工学院机械工程学院,四川自贡643000
【正文语种】中文
【中图分类】TP277
【相关文献】
1.基于STM32的颗粒物浓度检测系统设计 [J], 汪文海;贺发文;黄妹玲;尤明辉
2.基于红外差分算法的粉尘浓度检测系统设计 [J], 高敬东;范吉宏;孙玉超;高守峰;董强;刘乾;郑宸;程学珍
3.基于STM32的粉尘检测系统设计 [J], 孙昌祥; 周威; 徐素莉
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甲烷CH4浓度分析仪甲烷CH4浓度分析仪（SK-600-CH4）是一款采用模块化设计、具有智能化传感器检测技术、整体隔爆（d）结构、固定安装方式的有毒气体检测仪。
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西安石油大学本科毕业设计（论文）光纤甲烷气体传感研究摘要：瓦斯爆炸严重威胁到煤矿作业人员的生命安全，影响矿井的正常生产。
矿井中瓦斯的主要成分是甲烷，有效准确地预测甲烷爆炸的相关信息关系重大。
本文以甲烷为目标气体，针对光谱吸收型光纤气体传感器的解调系统进行研究。
在分析甲烷气体的近红外吸收谱线的基础上，利用DFBLD光源和光纤设计了低浓度气体谐波检测系统。
文中讨论了甲烷气体吸收光谱原理，并对甲烷气体吸收谱线进行了选择。
分析了光谱吸收型光纤气体传感器的两种检测方法——差分吸收检测法和波长调制谐波检测法并选择了波长调制谐波检测法。
建立了基于波长调制谐波检测技术的吸收型光纤气体传感器解调系统的实验模型，并对该模型进行了实验研究。
结果表明甲烷气体浓度与二次谐波信号电压值成线性关系。
其线性度拟合系数为0.9903，灵敏度为0.0457V/%。
根据光电微弱信号检测的原理以及波长调制谐波检测的光纤气体检测模型，设计了光电微弱信号检测系统。
完成了谐波检测微弱信号处理的锁相放大、高频正弦调制和倍频等电路的设计。
对电路的功能及性能进行了测试，结果表明解调系统稳定性高，重复性好，灵敏度高且结构简单成本低廉。
关键词：甲烷；光纤气体传感器；谐波检测；锁相放大；倍频电路西安石油大学本科毕业设计（论文）Research on Fiber-optic Sensing of Methane gasAbstract：The gas explosion seriously threatens the security of the coal miners as well as the mine pit regular production. In the mine pit methane is the principal constituent gas, accurately and effectively forecast the information of methane explodes is very significant. In this paper, the methane gas is considered as investigated gas, and author focused on the investigation of the absorption spectra fiber-optic gas sensor demodulation systems. Based on the analysis of the near-infrared absorption lines of methane gas, a low concentration of the gas detection harmonic wave system has been designed by using the DFBLD fiber-optic light source. The principle of absorption spectra of methane gas is discussed in this paper and the absorption lines of methane gas are carefully chosen. Two detection methods of spectra absorption fiber gas sensor have been analyzed which are differential absorption detection method and wavelength modulation harmonic wave detection method which is finally chosen. A model which is based on wavelength modulation harmonic wave analysis technique has been established and the experiments have been done. The result shows that there are linear relationship between the density of methane and the electric voltage of the second harmonic wave signal. The linearity fitting coefficient is 0.9903, and the sensitivity is 0.0457 V/%. As the principle of small photo-electrical signal detection as well as the model of fiber gas detection using wavelength modulation harmonic wave detection, a system of small photo-electrical signal analysis has been designed. A series of electrical circuits such as harmonic wave detected small signal phase locked amplification circuit, high frequency sine modulation and frequency doubled circuits have been designed. The function and performance of the said circuits have been tested. The results shows that this system performs as the characteristic of high stability, high repetition ability, high sensitivity, simple structure but relatively low cost.Key words:Methane; fiber-optic gas sensor; Harmonic detection; Phase-locked amplification; Frequency circuit西安石油大学本科毕业设计（论文）目录1 绪论 (1)1.1 课题的目的及意义 (1)1.2 光纤气体传感器的发展与现状 (1)1.2.1 气体传感器的研究过程与现状 (1)1.2.2 光纤气体传感技术和研究方法分类 (2)1.2.3 光纤气体传感器的特性 (4)2 广谱吸收型光纤气体传感器的检测原理及方法 (5)2.1 气体分子近红外谱区的选择吸收理论 (5)2.1.1 基频，泛频及组合频率光谱 (5)2.1.2 甲烷气体吸收光谱原理 (6)2.2 甲烷气体吸收谱线的选择 (6)2.3 吸收式光纤传感器的工作原理 (7)2.4 气体浓度谐波检测原理 (8)2.4.1 窄带光源谐波检测 (9)2.4.2 调制点的选取与谐波检测的稳定性 (11)2.4.3 谐波检测的方案 (11)2.4.4 激光器的频率调制 (13)2.4.5 谐波检测的讨论 (14)2.5 差分吸收检测原理 (15)2.5.1 单波长双路法 (15)2.5.2 双波长单光路法 (15)3 系统设计 (16)3.1 系统框图 (16)3.1.1 光源的选择及性能 (16)3.1.2 气室结构 (19)3.1.3 光纤与传感器件的耦合 (21)3.1.4 光探测器 (21)3.1.5 光源驱动，光源恒温 (22)4 解调系统硬件电路设计及实验 (23)4.1 高频调制电路设计 (23)4.2 叠加电路 (25)4.3 光电转换与前置放大电路 (26)4.4 带通滤波电路设计 (28)I西安石油大学本科毕业设计（论文）4.5 锁相放大电路设计 (29)4.5.1 锁相放大器原理 (29)4.5.2 锁相放大电路 (32)4.5.3 倍频电路 (35)4.5.4 移相电路 (36)4.6 实验结果分析 (36)结论 (40)参考文献 (42)致谢 (45)II西安石油大学本科毕业设计（论文）1 绪论1.1 课题的目的及意义在我国，煤炭行业中的瓦斯灾害始终是煤矿安全生产的大敌，目前已成为制约煤矿安全生产的主要矛盾。
基于 TDLAS的扫描式激光甲烷检测技术在天然气站场的实践运用摘要：介绍了激光式甲烷检测技术的相关原理，并与其它传统甲烷检测技术相比较，可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)以其响应速度快、灵敏度高、维护成本低等优点必将得到广泛应用；并对扫描式激光甲烷检测仪在某天然气分输站的实际应用效果进行了分析。
关键词：TDLAS 天然气站场泄漏监测光谱吸收实际应用分析1概述管道输气是天然气的主要运输方式，天然气管道运输将是今后相当长时间内国家能源发展战略，而输气站场是整个管输天然气系统的枢纽，由于目前我国大多数输气管道站场工艺区为露天、敞开区域，天然气泄漏后难以及时发现，因此为燃气站场提供稳定灵敏、准确实时的天然气泄漏检测技术十分重要。
近几年来，随着窄线宽半导体激光器技术的飞速发展，使得可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS- Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)甲烷检测技术逐步成熟。
该技术对天然气泄漏检测技术的发展具有重要意义，比较传统天然气泄漏检测技术性能更优越，更能满足对无人站智能监测的需要。
2基于TDLAS的激光甲烷检测技术2.1 与传统检测技术的比较到目前为止，己有许多技术可实现甲烷检测。
检测方法可分成传统检测方法和光谱吸收检测方法。
基于技术原理的不同，传统的检测方式又可细分为催化燃烧型、电化学型和非色散红外型（NDIR）等。
催化燃烧型：催化燃烧型传感器主要由桥式电路和气敏元件组成，具体原理是甲烷和空气中的氧气受催化发生氧化反应，在检测元件敏感体表面无焰燃烧，释放热量导致敏感体温度升高，检测元件阻值因此发生改变，桥式电路失去平衡产生电流，通过测量该电流信号即可判定检测气体的浓度。
基于该技术的甲烷检测仪具有结构简单、价格便宜、只对可燃气体有反应不受非可燃气体干扰，而且输出信号接近线性，易于处理。
但该技术也存在在可燃气体范围内，无气体选择性，且有引燃爆炸的风险，检测精度一般检测范围窄，且高浓度甲烷和硫化物会对传感器产生中毒作用从而使检测仪失效因此需要经常性标定，易出现零漂和灵敏度漂移的情况。
