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伴随着全球工业化的快速发展,对流程工业排污气体浓度控制和检测的要求也越来越高。针对传统污染气体检测技术的各种缺陷,很多企业迫切需要改进和研究新的气体检测技术和工程方法。本文在实验室先前对光辐射测试和虚拟仪器技术进行了研究的基础上,结合吸收光谱技术和化学计量学方法,并采用完善的高精度迁移分子吸收数据库对测量结果进行分析和修正,最后构建了一种可以实现气体吸收光谱在线检测的通用测量平台,可方便地应用于工业流程排污气体的检测。
本文首先介绍了流程工业排污气体检测技术的研究背景、现状,并阐述了研究的内容和意义。接着详细介绍了光谱学的基本概念,光谱分析和测量的方法,分子光谱数据库的数据格式,虚拟仪器的原理及特点。结合虚拟仪器技术、传感器技术和混合总线技术,并深入研究气体吸收光谱测量的通用方法,提出了测量系统的整体构成方案。整个系统包括计算机、光学仪器、数据采集板卡、控制总线、底层驱动程序和系统的应用软件。光学系统包括光源、单色仪或滤光片、气体室和聚光透镜;硬件采用模块化结构,由各类传感器模块、信号调理板卡、数据采集卡和计算机组成,其中传感器有硅光电传感器、红外光电传感器、温度传感器、流量传感器和压强传感器,数据采集采用了美国国家仪器生产的PCI总线数据采集卡PCI-6259和USB总线的USB-6009;软件设计包括系统的人机界面、数据采集和处理、光谱数据库、模型核心算法和远程信息发布。
在已经建立了测量系统的基础上,本课题选择从紫外光到红外光波长区间,分别对相应气体进行了测试。利用紫外差分吸收光谱技术测量SO2、NO2、O3和H7H8的吸收截面,在实验室条件下确定二氧化硫气体浓度的标定曲线,并进行浓度的测量;实验室内借助位于4.26μm波长处CO2的特征气体吸收谱线,完成了对CO2浓度的快速准确测量。测试中,可以计算获得洛伦兹线型分布曲线、吸收截面系数和浓度标定曲线。
本论文设计了基于LabVIEW技术的气体吸收光谱通用测量平台,在实验室条件下进行了大量实验,完成了对SO2和CO2气体浓度在线测量的研究工作,为今后开发更加标准化、通用化、自动化的测量系统提供宝贵的经验。