基于修正三次样条插值的红外SF6气体传感器高精度标定方法

针对红外SF₆气体传感器存在温漂及标定精度较低的问题，提出一种基于修正三次样条插值的传感器高精度标定方法。采集传感器在不同温度、不同体积分数下的输出电压，按照误差小于总量程的2%为标准设置插值步长，对输出电压-体积分数曲线进行三次样条插值。在此基础上，利用相对误差的平均值修正插值结果。通过线性插值对同一体积分数的温度进行补偿，最终得到SF₆气体体积分数预测模型。对6只红外SF₆气体传感器分别使用三次样条插值、三次Hermite插值和多项式函数拟合的方法进行数据插值标定。结果显示：采用修正三次样条插值的标定方法可将误差控制在1.2%以内，标定的数据合格率达到99%。该方法标定过程简单、精度高，并且考虑了温度的影响，可广泛应用于大批量红外传感器标定。     

基于实时反射率修正的离轴积分腔甲烷测量系统

针对大气CH_4浓度测量中的H_2O干扰以及高反镜反射率的标定问题,提出了一种波长调制离轴积分腔测量系统中反射率实时标定的方法,并结合CH_4浓度免标定反演修正算法解决了CH_4浓度测量中H_2O干扰的问题,实现了大气CH_4浓度的免标定测量。利用该系统对大气CH_4浓度进行了测量,测量得到的大气CH_4平均浓度为1.821 ppmv,标准偏差为0.024 ppmv,时间分辨率为10 s。Allan方差分析表明该测量系统检测限可达4.6 ppbv。因此,该系统可实现大气CH_4浓度的免标定实时测量。     

基于TDLAS技术的N_2O气体检测系统设计

基于红外光谱吸收及谐波检测原理,讨论了谐波信号和气体浓度关系,搭建了基于可调谐激光吸收光谱技术的气体检测系统。该系统采用低频锯齿波和高频正弦波联合调制激光器,并由锁相放大电路提取一次谐波和二次谐波信号幅值,以STM32F103VB控制器为核心,进行数据处理与数据上传,实现对0~0.1%浓度范围氧化亚氮(N_2O)气体实时测量。首先,介绍了系统的总体设计与核心结构,包括系统的硬件结构与软件结构;并进行了系统的标定和性能测试,结果表明二次谐波和一次谐波信号幅值比与浓度具有良好的线性关系,检测精度可达20×10~(-6),满足对N_2O气体实时监测的需求。     

不分光红外传感器的高精度标定方法

传统的红外传感器标定方法的测量相对误差小于2%,无法完成高精度的气体浓度测量,制约了中国在不分光红外气体检测技术方面的发展.本文提出了一种结合流量控制和毛细管流速混合方法配气方法,配比出用于线性标定的多种气体浓度.利用火焰离子化探测器(FID)标定配气设备,确定标定基准,采用三次样条插值方法对不分光红外气体传感器进行高精度标定,该方法可以在量程不变的情况下,将相对误差降低到1%以内,实验证明:这种方法对各种非线性红外吸收方法都有着很好的效果.     

基于TDLAS的烟气中CO浓度混合取样式在线监测

燃煤锅炉烟气中不完全燃烧产物CO是燃烧效率监测的重要依据,其存在浓度高、波动剧烈、分布不均匀等特点,采用TDLAS技术中波长调制光谱结合稀释法对烟气中CO浓度进行了混合取样式在线监测。首先基于谐波理论推导出4次谐波与1次谐波免标法测量公式,其次对CO激光器频率调制和光强调制的相位差及电流调谐系数进行了标定,并采用标准气体结合直接吸收法对赫里奥特池光程进行了测量,然后在此基础上对浓度与谐波比值曲线进行了数值计算和实验验证。最后将该装置应用于燃煤电厂,将省煤器出口烟道分为6个区域,各区域安装一个稀释取样探头,在稀释取样过程由于降低了烟气露点无需做除水处理,6路经过稀释后的烟气混合后进入赫里奥特池后实现免标定高精度测量。该监测装置实现了连续稳定运行,运行中使用Testo350便携式分析仪与现场测量数据进行了对比,二者测量结果一致,误差小于1×10~(-6)。     

基于TDLS的光谱吸收型CO_2传感器仿真与实验研究

文中采用可调谐半导体激光器光谱吸收技术(TDLS),针对激光调制参数设置问题,建立CO_2气体光谱吸收理论模型,分析光谱吸收后产生基波、二次谐波信号与气体浓度的关系。使用Simulink进行仿真,研究激光器调谐系数对谐波强度的影响,并优化了实验系统的设计参数。通过搭建CO_2检测系统,进行气体浓度定标测试,得到气体浓度与谐波强度的关系,采用叠加平均和积分的方法处理检测信号,使系统性能得到显著提高。由此实现了CO_2气体高精度检测,为谐波检测技术的实际应用提供了参考。     

分布式电磁接收系统多频标定信号的产生与检测

为了提高分布式电磁接收系统频域标定的效率和精度,提出了一种基于多频伪随机信号的标定方法并研究了多频标定信号的产生和标定数据的处理方法。首先,根据多频伪随机信号的解析式分析了其主频点的振幅和分布特点,通过现场可编程门阵列(FPGA)实现了伪随机信号的编码合成并产生了高精度双极性标定信号源。然后,基于相关检测的噪声抑制原理,给出了检测含噪声多频标定输出信号幅度和相位的多次相关迭代法并通过仿真进行了验证。最后,对分布式双通道电磁接收系统的采集通道和磁场传感器进行了标定测试。结果表明:在外界噪声不大于标定输出信号幅度的环境下,检测结果幅度误差小于2%,相位误差小于1°。该标定方法快速准确,可用于分布式电磁接收系统在不同野外环境下的频域标定。     

基于TDLAS技术的激光氧分析仪在线标定方法研究

基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的激光氧分析仪,可以实现原位测量方式对样气中的氧气含量进行快速检测。但是随着仪器长时间的使用,由于激光器、光电检测器及硬件电路等方面的原因造成仪器测量结果出现漂移,此时需要对仪器进行标定。目前,激光氧分析仪标定方式采用离线标定方式,较费时费力。通过波长扫描技术同时扫描到谱线不重合且距离较近的被测气体16 O2和参比气体18 O2的吸收谱线,对氧气同位素18 O2信号在线检测,从而实现对被测气体16 O2的在线标定。通过测试表明该在线标定方法准确度可以达到≤±0.5%F.S,能够满足实际应用。     

基于1397nm波长H_2O分子吸收光谱的温度测量研究

为了准确获得燃烧场温度信息,利用可调谐半导体激光吸收光谱技术进行了气体温度测量实验。利用1397nm波长范围内的两条H_2O吸收谱线进行气体温度测量,简化了实验装置和数据处理的复杂程度。将两种测量方法得到的温度与管炉温度对比,可以看出直接吸收光谱的测量误差在3%以内,波长调制光谱误差在4%。结果表明,1397nm波长范围内的两条H_2O吸收谱线可以用于TDLAS气体温度的测量,并且测量的精度较高。     

基于电感式传感器的金属颗粒材质识别及粒径估计

传统的电感式颗粒传感器输出的是电感或电压幅值的脉冲信号,本质为标量信号。可通过脉冲信号的正负性区分金属颗粒是磁性或非磁性,且只能在已知颗粒材质的情况下估计颗粒的粒径。但在含有多种金属颗粒的油液中,基于标量信号的颗粒识别方法将失效。为此,本文采用了一种双锁相放大电路,将颗粒产生的复数域信号转化为一对直流信号。提出一种基于模糊隶属度函数的信号处理方法,实现了在噪音干扰下多种颗粒的材质识别和粒径估计。本文搭建了三线圈传感器实验系统。利用五种金属颗粒构建了隶属度函数,并进行系统标定。最后选取两种颗粒对标定后的系统进行了验证。结果表明系统对颗粒材质的识别准确,粒径估计误差小于2%。     

基于波长调制技术的甲烷气体浓度检测的研究

与谐波检测相结合的波长调制技术是目前检测有害气体的主要方法。主要是用实验的方法找到了甲烷气体在1 650 nm附近的一根吸收线,然后采用正弦信号对激光器的驱动进行了调制,实现了甲烷气体浓度的谐波检测。用锁相放大器RS830来提取二次谐波,然后根据锁相放大器的原理,用LabVIEW软件实现了锁相放大器的设计,来提取一次谐波信号,节约了成本。由气体吸收室中的GRIN透镜引起的标准具效应是影响检测灵敏度的主要原因,最后对该噪声和其他可能的影响进行了分析。     

Generation and detection of multi-frequency calibration signal for distributed electromagnetic receiver

为了提高分布式电磁接收系统频域标定的效率和精度,提出了一种基于多频伪随机信号的标定方法并研究了多频标定信号的产生和标定数据的处理方法.首先,根据多频伪随机信号的解析式分析了其主频点的振幅和分布特点,通过现场可编程门阵列(FPGA)实现了伪随机信号的编码合成并产生了高精度双极性标定信号源.然后,基于相关检测的噪声抑制原理,给出了检测含噪声多频标定输出信号幅度和相位的多次相关迭代法并通过仿真进行了验证.最后,对分布式双通道电磁接收系统的采集通道和磁场传感器进行了标定测试.结果表明:在外界噪声不大于标定输出信号幅度的环境下,检测结果幅度误差小于2％,相位误差小于1°.该标定方法快速准确,可用于分布式电磁接收系统在不同野外环境下的频域标定.     

彩色CCD比色测温的修正方法

基于彩色CCD图像传感器的非接触式温度检测是一种新颖的高温检测方法,减少其测量误差具有重要意义.在介绍CCD测温原理的基础上,提出了标定修正的CCD比色测温方法,将CCD响应特性曲线的非理想性和信号转换等因素引入的测温误差归结到比色测温公式的K值中,再利用黑体炉对K值进行标定修正.实验结果表明,标定修正的CCD比色测温方法能有效减小测温误差,提高测温精度.     

基于NDIR开放光路CO_2浓度测量的标定方法研究

针对非分散红外(non-dispersive infrared,NDIR)开放光路CO_2/H_2O分析仪测量CO_2浓度时,压强、气体间交叉干扰和温度对测量结果的影响,介绍了一种修正这些影响的方法,分别分析压强、气体间交叉干扰和温度对CO_2吸光度的影响,然后,分别进行校准修正,并利用校准后的CO_2吸光度与不同浓度CO_2标准气体进行多阶拟合,分析比较后,选择最优拟合。校准后的仪器通过测量CO_2标准气体,相对误差在0.4%～2.1%之间,稳定度为0.31%。实验结果表明提出的基于NDIR开放光路CO_2浓度测量的标定方法是可行的。     

基于差分吸收的H_2S气体浓度检测系统

石油和天然气开采过程中,H_2S气体浓度很低,很难精确检测,直接吸收检测H_2S的方法虽然容易实现,但是由于光源不稳定,检测精度偏低。文中采用差分检测系统检测H_2S气体浓度,并介绍该系统的基本原理,建立了H_2S气体检测的数学模型。整个系统采用LED作为光源,为提高检测精度,先将光源输出的光波进行滤波。然后采用差分吸收检测方法,用光纤布拉格光栅进行滤波和调制,得到2种不同波长的光源,通过锁相放大技术得到2个幅值信号。将2个幅值信号相除得到H_2S气体浓度检测的仿真结果。结果表明,光纤光栅滤波与差分吸收检测系统相结合的方式,减小了由温度不稳定、光源波动、光路强弱等引起一系列误差,提高了检测气体的精确度。     

一种实验室厌氧反应器的双室型产气计量装置

为实现厌氧反应器中产气量的精确计量,利用湿法集气原理设计并制作了一种集气体收集、气室状态切换和电子测量与控制于一体的计量装置,并对制作的装置进行标定和应用实验。结果表明该装置计量值和标准值的判定系数(R~2)达0.999以上,精确度为2.12;利用平均修正系数对数学模型进行修正后,装置计量值与标准值的线性回归方程接近正比例函数,R2为0.999 9,精确度为0.79;该装置与湿式气体流量计串联对ABR反应器进行了12 h的计量对比实验,两者计量的气体总量分别为29.513、29.356 L,相差0.25 L。表明该计量装置可进行产气量的精确计量。     

基于TDLAS的二氧化碳浓度检测系统及压强补偿研究

在利用可调谐二极管激光吸收光谱技术测量二氧化碳气体浓度的过程中,气体压强的变化会对吸收谱线展宽、波长调制系数和二次谐波信号幅值产生影响。基于可调谐二极管激光吸收光谱技术,在不同的压强下利用二次谐波峰峰值和一次谐波平均值测量二氧化碳气体的浓度,通过压强补偿抑制气室内压强变化所带来的测量误差。实验结果表明:利用压力补偿后系统的测量误差在2%以内,可以有效地抑制气体压强变化的影响,提高二氧化碳气体浓度测量的精度。     

差分吸收光谱技术在线监测污染气体浓度的温度补偿

差分吸收光谱技术应用于固定污染源烟气排放监测时,烟气温度对SO2、氮氧化物等污染气体在紫外可见光谱段的差分吸收特性影响较大,为准确测量污染气体浓度,必须对温度的影响进行修正.文中提出了一种新的温度补偿方法,将20 ℃时烟气中污染气体的分子数密度与其他温度下污染气体的分子数密度之比与温度的对应关系拟合出温度补偿函数,利用该补偿函数分别对差分吸收截面、吸收度以及浓度反演结果3个参数进行补偿,结果表明:不论对哪一个参数进行补偿,都可以显著提高气体浓度的反演精度.     

基于8.309μm QCL的硫化氢/甲烷开路式检测方法研究

H₂S,CH₄多组分气体浓度测量技术的研究对石油石化行业的安全生产有重要意义。基于中红外TDLAS技术,选用中心波长为8.309μm的量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)为检测光源,搭建30 m长距离的遥测实验系统,使用WMS波长调制法对H₂S,CH₄气体的吸收谱线进行连续调谐与扫描,并对高频正弦载波进行了最优深化调制,实现了H₂S,CH₄多组分气体的同时测量。实验将H2S与5%体积分数的高浓度水汽进行混合测量,分析并验证了该波段的水汽吸收难以对测量造成交叉干扰的优良特性,并利用Savitzky-Golay平滑滤波器提高了检测信号的信噪比。通过遥测实验,分析了15 m,30 m不同遥测距离对检测信号的影响,并利用增加积分时间与计算信噪比的方法,得到了128.75×10^-9 m的遥测最低限。最后,Allan方差的计算结果表明,当积分时间为183 s,142 s时,系统对H₂S,CH<...     

基于两步修正法的 MEMS 三轴陀螺仪标定方法

针对目前三轴陀螺仪标定存在依赖于昂贵的转台设备或标定参数不完全的问题,本文提出了一种了基于两步修正法的MEMS三轴陀螺仪标定方法。该方法首先使用六位置法对加速度计12参数模型、三轴陀螺仪比例因子、三轴陀螺仪静态零偏进行标定补偿,然后对三轴陀螺仪非正交误差模型建模,进行系统级标定。两步修正法可实现在无精密设备条件下快速准确的对各项误差进行辨识,获得良好的标定效果。仿真实验表明,本文算法所获得的非正交误差均值接近1%,标准差小于0.1%;比例因子误差均值小于0.14%,标准差小于0.004%,且具有很好的一致性。实际实验表明,65 s纯惯性导航姿态更新结果中,该标定方法的俯仰角误差精度可以达到0.624°,横滚角误差精度可以达到0.67°。