面向化工过程的微弱动态光谱检测技术研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:zalatan
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在化工过程中对气体进行在线分析,以保证安全生产和提高经济效益。气体在线分析方法有很多种,可调谐二极管激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术以其分辨率高、响应速度快、测量精度高、无需接触等特点,得到了广泛的认可。随着化工过程工艺条件的改变,待测气体的温度、压力、组分会发生动态变化,导致TDLAS分析仪器的测量精度降低。本文研制了专用于TDLAS技术的数字锁相放大器和差分加标系统,以提高TDLAS分析仪器的信噪比和动态适应性。深入研究了TDLAS技术的相关理论,包括波长调制技术原理、相关检测原理、锁相放大技术原理,并利用MATLAB对相关原理进行了仿真和验证。针对具有复杂光谱特征的大分子气体,提出了一种基于吸光度曲线的数值仿真方法,为实验提供了理论指导。设计了检测系统的硬件电路和软件系统,包括激光驱动电路、光电转换电路、数字锁相放大器的相关电路等;对数字锁相放大器算法进行了介绍并给出了设计方案,将自适应滤波器加入到算法中以提高其品质因数;此外,针对传统分析仪器存在的动态适应性差的问题,提出了一种差分加标方案,并集成到检测系统当中。分别从系统的谐波提取功能、性能、检测精度、稳定性和抗干扰性等方面开展了实验,实验表明检测系统具有良好的测量准确性和抗干扰性。本文针对化工过程的气体检测中存在的信号微弱、动态适应性差等问题,设计了微弱动态光谱检测系统,将自适应滤波器结合到自主研制设计的数字锁相放大器中,以提高系统的频率响应特性;提出了差分加标法并研制了装置,用于提高检测系统的动态性能。
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