基于气体传感器的船舶燃油含硫量检测系统

在船舶尾气污染防治工作中,为了快速地判别船舶燃油硫含量是否符合排放控制区的要求,提出了一种基于气体传感器的船舶燃油硫含量快速检测方法,设计了以STM31F103微控制器为主控系统的气体检测吊舱,采用无人机搭载尾气检测吊舱的方式,对单个船舶尾气中SO2和CO2的气体浓度进行检测,根据这两种气体的浓度监测值间接推算出船舶的燃油硫 含量,对港区靠港船舶的多次实测结果表明,该检测系统平均绝对误差为315x10-6,平均相对误差为28.6%,该方法可以快速地筛选出硫含量超标的可疑在航船只,符合实际执法需求,能够有效地提高海事人员的监管效率。     

一种估算CO2和SO2在多元胺水溶液体系中溶解度的数学模型

通过离子反应式和亨利定律建立数学模型,在对模型进行适当简化的基础上再借助编程手段可以得到CO₂-SO₂在H₂O-MDEA-活化胺复杂多元溶液体系中溶解度的数值解。研究表明,在MDEA质量分率30%的水溶液中SO₂比CO₂优先溶解,溶液只有在基本上完全吸收SO₂之后才会吸收CO₂;而且其溶解度比较大,常温常压下1 mol的MDEA可吸收超过1.4mol的SO₂气体。在气体分压为（1～100）kPa范围内,SO₂的溶解度受压力参数的影响较大:而在此压力范围之外,温度参数则成为主要影响因素。在MDEA水溶液中添加MEA或DEA活化剂,随着活化剂质量分率的增加,SO₂的溶解度有较大程度的下降;若同时添加MEA-DEA2种活化剂,SO₂的溶解度会随着MEA质量分率的增加而减小,但减少的幅度并不大。     

基于OMI/OMPS中国季风区大气边界层SO2时空格局分析

为研究季风对大气边界层 SO₂变化的影响,利用2005~2014年OMI SO₂、2015~2017年OMPS NMSO₂遥感数据,选取中国季风区为研究对象,分析大气边界层SO₂时空分布特征,并选取4座典型城市,通过相关性分析和HYSPLIT后向轨迹模拟。结果表明：中国季风区PBL SO₂空间上呈现异质性,冬、夏季风变迁对于季风区大气边界层 SO₂柱浓度变化影响明显;温度和气压是影响大气边界层 SO₂柱浓度的主要气象因子,其次是地域性气象条件;冬季气流对日SO₂柱浓度升高影响较大,四川盆地及来自印度半岛、孟加拉湾的西南气流对重庆市SO₂柱浓度升高效果显著,银川市SO₂受蒙古高原偏北气流及天山北部西北气流影响,天津市和杭州市受华北平原及蒙古高原地区气流的作用。     

1000MW燃煤机组排放SO2浓度扩散模拟研究

1000MW燃煤机组火电厂排放污染气体中二氧化硫(SO₂)浓度是我国火电厂排放污染的重点控制目标,为了研究SO₂浓度扩散对周围环境及人们身体健康造成的影响,对SO₂浓度扩散进行了模拟研究。首先,根据电厂的实际排放数据建立了高斯羽流扩散模型,利用该模型模拟在大气稳定度相同的情况下模拟不同的风速对SO₂浓度扩散分布规律的影响,并且分析SO₂浓度扩散的距离及范围。结果表明,SO₂浓度扩散与风速及大气稳定度有着密切的关系,风速越大,越有利于SO₂浓度扩散及气体的稀释,并证明了利用高斯烟羽模型模拟有害气体扩散具有较好的实际参考意义。     

基于Transformer的矿井内因火灾时间序列预测方法

传统的基于机器学习的矿井内因火灾预测方法尽管具备一定的预测能力,然而在处理复杂的多变量数据时不能有效捕捉数据间的全局依赖关系,导致预测精度较低。针对上述问题,提出了一种基于Transformer的矿井内因火灾时间序列预测方法。首先,采用Hampel滤波器和拉格朗日插值法对数据进行异常值检测和缺失值填补。然后,利用Transformer的自注意力机制对时间序列数据进行特征提取及趋势预测。最后,通过调节滑动窗口的大小与步长,在不同的时间步长和预测长度下对模型进行不同时间维度的训练。结合气体分析法将矿井火灾产生的标志性气体(CO,O₂,N₂,CO₂,C₂H₂,C₂H₄,C₂H₆)作为模型输入变量,其中CO作为模型输出的目标变量,O₂,N₂,CO₂,C₂H₂,C₂H     

基于曲面拟合的NDIR单通道CO2气体传感器快速标定算法

为了提高非色散红外(NDIR,Non-Dispersion Infrared)二氧化碳(CO₂)气体传感器的标定效率,提出一种针对NDIR单通道CO₂气体传感器的高效快速标定算法。首先采集m个传感器节点在不同温度、不同浓度下对应的电压值;然后对于每个节点,将它的数据点(温度,浓度,输出电压)进行曲面拟合,拟合后的曲面作为候选曲面;测量待标定传感器的6个在不同温度、不同浓度下对应的输出电压数据点,选择一个与这6个数据点最优匹配的曲面,以此作为待标定传感器的标定曲面。实验结果表明,算法标定准确性和可靠性高,按照5%+50×10^-6的精度,算法标定的数据合格率达到99%。     

中国东部沿海四省一市PM2.5浓度遥感估算方法研究

卫星遥感反演的气溶胶光学深度（AOD）产品已被广泛应用于近地面PM_2.5浓度的估算。已有研究表明通过构建AOD和PM_2.5之间的高级统计模型—线性混合效应模型（LME）可以有效获取近地面PM_2.5浓度的空间分布,但由于引入了大量的气象和土地利用等因子,使得模型对变量的解译能力有所降低。为此,基于MODIS AOD（空间分辨率：3 km）,以我国东部长江三角洲—福建—广东（YRD-FJ-GD）为研究区,构建了两种非参数机器学习模型,即支持向量机（SVM）和随机森林（RF）模型,来估算2018年YRD-FJ-GD地区的近地面PM_2.5浓度,并将其与线性混合效应模型（LME）的估算结果进行对比。研究发现,3种模型估算的PM_2.5浓度与地面实测值之间的R²均高于0.6,其中,RF模型的估算精度最优,模型拟合的R²高达0.91,比SVM模型（R²=0.79）和LME模型（R²=0.64）的估算结果分别提高了13%和30%;且RMSE（~9.07 μg/m³）也远低于LME（~19.09 μg/m³）和SVM模型（~17.29 μg/m³）。此外,由随机森林（RF）模型估算的2018年YRD-FJ-GD地区的PM_2.5空间分布显示,长江三角洲（YRD）地区的年均PM_2.5浓度最高（>46 μg/m³）,其次为广东省（GD）,福建地区（FJ）的年均PM_2.5浓度最低（<37 μg/m³）;4个季节的平均PM_2.5浓度则呈现冬季（46.32 μg/m³）>春季（38.80 μg/m³）>秋季（36.15 μg/m³）>夏季（30.16 μg/m³）的分布格局。研究结果表明：与高级统计模型（LME）和机器学习（SVM）相比,随机森林（RF）模型能更好地应用于YRD-FJ-GD地区的PM_2.5浓度估算。     

深井“T”型巷道火灾的安全区域划分

矿井火灾中高温烟气的流动扩散是造成安全事故的重要原因,针对矿井典型巷道中火灾危险区域与时间关系不明确的问题,提出了一种深井“T”型巷道火灾的安全区域划分方法。采用Pyrosim软件建立三维数值模型,模拟了在高温高湿情况下“T”型巷道火灾发展阶段巷道内的高温烟气流动,揭示了火灾发展阶段“T”型巷道下温度场和有害气体浓度场随时间和空间位置的变化规律;根据人体口鼻高度(即巷道1.6 m高度位置)的模拟数据,得出巷道的水平长度与温度、CO浓度、CO₂浓度的关系：风流通过巷道混合高温烟雾沿巷道顶部向下风侧蔓延,随着与火源距离增加,温度逐渐降低,CO、CO₂浓度等值线纵向分布逐渐密集。在此基础上,根据烟气温度和CO、CO₂气体对人体的危害程度进行安全区域划分,将烟气扩散区域划分为安全区域(危险等级1)、轻度危险区域(危险等级2)、中度危险区域(危险等级3)、重度危险区域(危险等级4)4类,分析结果表明：温度划分结果中巷道Ⅰ中测点主要集中在重度危险区域,毒性气体划分结果中巷道ⅠCO₂的安全区域范围较CO大,CO的...     

基于多传感器的化工有害气体自动预警系统研究

有害气体信号传输过程中受到通道干扰影响,会导致预警效果不佳。为了提高化工有害气体自动预警效果,设计了一种应用多传感器采集信息的化工有害气体自动预警系统。首先,选择多个传感器采集化工有害气体相关数据,构建数据采集适应性函数,以避免出现数据采集误差。然后,结合粒子群算法进行多传感器数据采集,构建高斯烟羽扩散模型。最后,计算化工有害连续源气体稳定浓度和气体泄漏速度,并依据计算结果作自动预警。试验结果表明,该系统监测的C₂H₃Cl、SO₂浓度值与实际数据分别存在最大仅为0.02×10^-6、0.01×10^-6的误差。该系统的预警效果较好,具有一定应用价值。     

基于特征气体SO2F2的SF6气体绝缘设备的过热性故障诊断

利用SF₆分解产物检测来判断GIS故障发展程度已成为一种有效手段,在搭建的实验平台上展开200℃~360℃局部过热模拟实验,研究SF₆热分解特性。当实验温度较高时(320℃~360℃),新增SO₂F₂、H₂S、COS三种产物。在绝缘设备充满大量SF₆子的背景下,分解产生的H₂和COS的含量极少,给气体检测带来了困难。文中提出将SO₂F₂作为设备故障进入严重状态的标志气体,同时用量子化学计算法在B3LYP/6-311G(+d,p)水平下对SO₂F₂生成机理和能量条件进行研究。发现SO₂F₂通过F₂碎片与气室内SO₂反应、F原子与SO₂F结合、SOF 4水解反应这三条途径得到,其中SO₂与F₂反应是SO₂F₂的主要来源。实验现象与理论计算均表明:SO₂F₂的形成机制与高温息息相关,SO₂F₂出现,标志着设备故障处温度较高,SF₆绝缘能力已遭到严重破坏。     

一种快速检测红酒二氧化硫的比色荧光探针

葡萄酒的安全性与口味一直是消费者和生产者所关注的重点,而二氧化硫(SO₂)是国内外广泛使用的一种食品添加剂,具有护色、防腐、漂白和抗氧化的作用。如果葡萄酒中SO₂浓度过高会影响其风味,且摄入过多会增加患病风险,因此该文设计合成了一种能够快速检测红酒中SO₂的比色荧光探针。基于SO₂的强亲核性,探针与其响应后发生分子内电荷转移使其共轭程度增大,导致荧光强度急剧增强,响应前后视觉和荧光颜色均有明显变化。实验表明探针对SO₂具有高选择性、高灵敏度、和快速响应特征,且能用于红酒中SO₂检测。     

贵金属Au对半导体金属氧化物气体传感器性能影响研究

随着工业时代到来，为国家发展提供便利的同时，大量排放的有毒气体造成的环境污染问题逐渐影响人们的生活。如何快速有效地检测有毒气体的浓度成为一个重要的研究课题。文章主要通过溶胶凝胶法制备气敏材料，制作气体传感器，针对NO₂、SO₂、NH₃等有毒气体，测试其气敏性能。通过实验与数据分析，对比了几种常用的半导体金属气敏材料WO₃、SnO₂、In₂O₃的气敏性能，以及向材料中掺杂贵金属Au后的气敏性能，总结归纳了贵金属Au对几种气体传感器常用半导体金属气敏材料气敏性能的影响。研究发现，贵金属Au对提高气体传感器灵敏度和缩短响应恢复时间方面有着较为正面的作用。     

封闭储煤场惰化保护系统设计及节能效果研究

为有效控制封闭储煤场内煤的自燃,减少煤矿安全事故,建立了一套CO₂惰化保护系统装置,并确定了CO₂惰化气体用量、喷口数量和布置方式。结果表明,在要求的惰化保护时间内,不同流速的CO₂气体能够快速使储煤场内降温,避免煤体自燃。对比应用后发现,CO₂达到惰化要求所需的时间为295 s,远短于N₂。另外,该气体保护装置维护简单,系统使用成本低、性价比高。     

基于恒温真空溅射循环脱气测定高压电力变压器绝缘油中9种溶解气体方法

为准确高效地测定绝缘油中特征气体的含量和变化率,引入全密封恒压采样和智能控制恒温真空溅射循环脱气样品前处理方法,采用并联双毛细管柱、FID和TCD三检测器和镍转化炉色谱系统,建立了同时测定绝缘油中H₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂、CO、CO₂、O₂、N₂9种特征气体的真空溅射循环脱气-气相色谱定量分析方法,优化了脱气平衡温度、时间、真空脱气条件和色谱条件。结果表明,在试验浓度0.01μL/L～1.0 mL/L范围内,9种气体线性关系良好,相关系数(R²)在0.996 8～1.000 0之间,氢、烃类、CO₂和CO气体的检出限分别达2.0μL/L、0.1μL/L、5.0μL/L、5μL/L,定量限达到7μL/L、0.4μL/L、12.5μL/L、12.5μL/L。3个加标水平下9组分混合气体回收率...     

基于钯纳米颗粒导电沟道的室温型氢气传感器的研究

随着氢能的广泛应用,检测氢气(H₂)泄漏十分必要。采用溶剂热法合成钯(Pd)纳米颗粒,结合旋涂法从极大程度上简化了覆盖敏感层工艺,在利用微机电系统(MEMS)工艺制备的硅基金(Au)叉指电极上研究了基于“氢致Pd晶格膨胀效应(HILE)”的裂结式H₂传感器的敏感特性,为低成本批量化制备室温型氢气传感器提供了可行性研究。结果表明该传感器对H₂的响应值与Pd纳米颗粒在基底上的覆盖率密切相关：覆盖率在一定范围内越大,响应值越小。在室温下,该类传感器对500×10^-6～2 500×10^-6H₂表现出了较快的响应速度：响应时间在5 s左右,恢复时间在25 s左右,具有较高的响应值：在2 500×10^-6H₂气氛下高达83%,有较好的选择性和稳定性。     

基于机器学习的短期PM2.5预测

由于环境和快速发展之间的不平衡,城市空气质量问题变得越来越突出。PM2.5作为空气污染的主要成分,会对人体造成很大伤害。因此,准确地预测PM2.5浓度对于保护人们健康具有重要意义。首先选取了其他空气质量数据(PM₁₀、NO₂、CO₂、O₃)作为影响因素,构建了基于机器学习(多元线性回归、岭回归、套索回归、决策树、随机森林和人工神经网络)的PM2.5预测模型;其次利用这些模型预测山西省太原市未来1小时PM2.5浓度;最后通过MAE、RMSE、R²来等指标评价各模型的预测性能,实验结果表明,基于随机森林的预测模型具有最高的预测精度。     

不同预氧化程度焦煤CO2冷却后自燃特性研究

针对利用惰性气体降低煤氧化性来解决煤自燃、复燃的问题,现有研究大多是对煤低温氧化过程及煤复燃过程进行相关实验,对惰性气体降温后煤二次氧化的自燃特性涉及较少。针对上述问题,以焦煤为例,通过低温氧化实验,探究不同温度氧化的焦煤经过CO₂冷却二次氧化的自燃特性。采用GC-4000A程序升温装置对焦煤进行预氧化(预氧化温度分别设为70,110,150℃),并对分别通入CO₂气体和干空气冷却至30℃后焦煤二次氧化过程中的耗氧速率、CO产生率、CO₂浓度和表观活化能进行分析。实验结果表明：预氧化温度相同时,与干空气冷却相比,通入CO₂冷却后的焦煤相关参数的变化规律基本一致,二次氧化初期,因预氧化焦煤吸附大量CO₂,阻碍了煤与O₂接触,耗氧速率和CO产生率减小,表观活化能增大,焦煤的氧化性减弱;随着CO₂解析,CO₂冷却也影响预氧化焦煤的后期反应,使得预氧化焦煤整个反应过程自燃危险性降低。预氧化温度不同时,70℃和110℃预氧...     

一种混合气体与温度同时检测的传感器阵列

针对主要烟气污染物气体一氧化氮NO/二氧化硫SO₂监测存在的温漂大、温度补偿系统体积大、成本高的问题,采用MEMS工艺,研制了一种三电极碳纳米管传感器阵列。该阵列由三个不同极间距的传感器构成,分别检测NO、SO₂浓度及温度。研究了极间距、气体浓度和温度对传感器的影响,分析了传感器对气体浓度和温度的敏感机理。三个传感器在不同的气体浓度、不同的温度下,具有不同的单值敏感特性。传感器重复性好、灵敏度高;阵列可以不分离混合气体,直接检测NO、SO₂成分及温度,具有温度补偿的功能,能够用于解决烟气污染物检测在工作温度变化时存在的误报问题。     

离散切换线性系统的异步滤波器设计

利用模型依赖的平均驻留时间策略研究离散异步切换线性系统的指数H_∞滤波问题.考虑到在实际问题中,所设计的模型依赖的全阶滤波器的切换往往会滞后于其相应的子系统,将子系统的运行区间划分为与滤波器匹配的区间和不匹配的区间.针对两种工作模态,利用模型依赖的平均驻留时间切换策略和μ依赖的多Lyapunov函数方法完成滤波器的设计,并使得增广得到的异步滤波误差系统全局一致指数稳定且满足指数H_∞性能指标.该滤波器存在的充分条件在文中以线性矩阵不等式的形式给出.最后通过数值仿真验证所提方法的有效性.     

基于热电堆的新型高温薄膜热流传感器的研制

精确的热流测量对航空发动机设计至关重要,实时监测和获取发动机涡轮叶片表面精确的热流分布可以为航空发动机热端部件设计提供依据,也可以进行状态监测和故障诊断。薄膜热流传感器具有体积小、响应速度快、对工作环境的流动干扰小等优点。然而,目前能够应用于高温高热流环境中测量的薄膜热流传感器在灵敏度方面仍然存在较大的局限性。设计和制造了基于铂铑热电堆的新型高温薄膜热流传感器。该传感器由Pt/Pt-13Rh薄膜热电堆、底层SiO₂/Al₂O₃热阻层、顶层Al₂O₃保护层组成,底层SiO₂/Al₂O₃热阻层位于Al₂O₃陶瓷基底和热电堆之间。传感器分别在0～110 kW/m²的热流和1 000℃的温度下进行了测试。测试结果显示,传感器的输出与施加的热流表现出良好的线性关系,灵敏度为8.04×10^-6 V/(kW/m²),实...