基于傅里叶变换红外光谱技术垃圾焚烧烟气在线监测

介绍1套基于傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)的垃圾焚烧烟气在线监测装置。利用FTIR解决多组分气体同时定性与定量分析测量,具有非常重要的意义。基于最小二乘法拟合扣除水汽吸收光谱算法是根据标准的吸收光谱,快速拟合出各个组分的吸收光谱,扣除的光谱吸光度与浓度关系成线性关系,相关性达到0.9 99以上。系统经过长时间测量,各组分气体零点漂移都小于1%F.S,其中SO_2、NO_2、HCl、HF稳定性非常好,其标准方差均小于0.1ppm,6组分气体测量结果均足够满足应用条件。     

3.53μm激光外差太阳光谱测量系统

激光外差技术具有高光谱分辨率特性,常用于地球大气探测研究,尤其是测量整层大气透过率及气体浓度反演。本论文设计了以窄线宽3.53μm分布反馈式带间级联激光器作为本振光源的激光外差系统,实现了整层大气中水汽和甲烷气体吸收光谱的测量,系统光谱分辨率达到0.002cm-1,信噪比为24.9dB,达到多普勒线型吸收谱线的测量要求。利用自行搭建的测量系统测量了3.53μm波段整层大气透过率,与辐射传输软件仿真分析结果进行对比,其绝对差值小于0.1,实测透过率与仿真透过率具有相同的变化趋势。该系统结合最小二乘法实现了实际大气中水汽和甲烷的同步反演,合肥地区春季水汽和甲烷的柱浓度均值分别为1.20g/cm2和1.31mg/cm2。通过对3.53μm激光外差太阳光谱测量系统的研究,掌握了调提高光谱分辨率和信噪比的方法,为获取大气分子更加准确的吸收谱线和气体浓度反演奠定了基础。     

大口径红外光学系统透过率测量装置

针对大口径红外光学系统的整机透过率测量难题,提出了基于图像灰度的单通道红外透过率测量方法,搭建了大口径红外光学系统整机透过率测量装置。首先,将黑体和靶标按照指定位置关系放置于待测红外光学系统的焦平面处,将红外热像仪放置于待测红外光学系统的入光口,采集被测系统的辐射图像;接着,将黑体放置于红外热像仪前,采集黑体辐射图像;最后,分别计算被测系统辐射图像均值和黑体辐射图像均值,二者比值即为被测系统的透过率。以某型大口径红外光学系统作为被测系统,开展了红外透过率测量实验。实验结果标明：本文方法测量值与设计值的绝对误差为0.85%,对测量结果不确定度进行分析,测量精度约为1.04%,测量方法可行。此方法测量过程简单,为大口径红外光学系统的整机性能评估提供了有效手段。     

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。     

变压器油中溶解气体光声光谱检测交叉干扰抑制方法研究北大核心CSCD

基于光声光谱技术对变压器油中溶解气体类型与含量进行在线监测,有利于发现设备的潜伏性故障,然而多组分气体之间的交叉干扰会造成检测精度的降低。文中搭建了多组分气体标定试验平台,对多组分气体的交叉干扰系数进行了标定计算,并提出了一种交叉干扰标定算法以消除交叉干扰并提高检测的精度。将该标定算法应用于制备的3种浓度变压器油气样本光声光谱检测试验,结果表明:通过所提出的多组分气体交叉干扰标定算法,使变压器油中CO、CO_(2)、CH_(4)、C_(2)H_(2)、C_(2)H_(6)的光声光谱测量误差均达到了测量标准中的A级测量误差要求;C_(2)H_(4)在中、高浓度下,其测量结果满足A级误差要求,在低浓度下满足B级误差要求。另外,试验也表明:待测气体中的水含量越低,光声光谱测量曲线与标准曲线之间的相位差越大,对检测精度的影响越大。     

油中溶解C2H4气体的光声探测

光声光谱气体分析技术灵敏度高,不消耗被测气体,克服了传统的变压器检测的气相色谱分析方法的缺点。文中采用了光声光谱法对C2H4气体进行探测,论述了光声信号的产生原理,用CO2激光器作光源对C2H4气体浓度进行了测量,证实了该技术在油中溶解气体浓度测量中的实用价值。     

基于相关原理的CO浓度测量仪器的研制

基于气体相关原理的红外光谱测量方法具有精度高、选择性好、在线性强的优点。本文阐述了一种新型CO浓度测量仪器的设计原理及其基本结构,介绍了在设计研制其机械系统、信号处理系统和系统软件过程中遇到的技术难点及相应的解决方法。该种仪器可广泛应用于对城市焚烧炉、工业燃烧炉烟道以及机动车辆尾气中的有害气体CO浓度的精确快速在线测量。收稿日期:2002-09-09     

固体电解质SO2气体传感器件

以LaF3（掺杂5％CaF2）单晶为固体电解质，Na2SO3、Na2O为参比电极，含不同SO2浓度的空气为待测电极构成敏感浓差电池，对空气中SO2浓度进行测量。在不同温度下，采用电池两极电动势方法进行测量。实验发现，电池两极的电动势与SO2在空气中分压对数、体积分数成正比；电池的响应时间小于6s．从测量得到的阻抗谱图，发现LaF3（掺杂5％CaF2）单晶在常温下就具有较高的离子电导率，适于作为气体敏感浓差电池的固体电解质材料。     

基于改进型遗传算法的薄膜厚度及光学常数反演

准确的测量薄膜的厚度和光学常数,在薄膜的制备、研究和应用中都十分重要。借助Cauchy色散模型和P阶评函数,通过薄膜透过率测量曲线,用改进的遗传算法对透过率曲线进行全光谱拟合,从而反演得到薄膜的厚度和光学常数。理论验证是对电子束蒸发制备的TiO_2和反应磁控溅射制备的Si_3N_4薄膜进行测试拟合,计算得到的结果与文献报道的一致,误差小于0.5%。     

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.     

测量近中红外激光大气透过率的调制型太阳光度计

为弥补常用红外波段激光大气透过率测量方法成本高或实时性低的不足,通过模拟计算分析研究,提出基于光源调制太阳光度计技术提取红外波段激光大气透过率的方法,提供一种成本低、操作简单、实时性强的有效测量方法。研制的光源调制型红外太阳光度计可测量宽波段大气透过率,再依据建立的宽带和窄带透过率关系进行修正,最终获取可应用的近中红外多波段激光大气透过率。实际测量结果与对比实验表明,与实验室自研的近红外太阳光度计相比统计误差小于4%,与POM-02相比统计误差小于6%。红外调制型太阳光度计获取的实时结果不但可应用于激光大气传输修正中,也对评估激光通信和激光传输等具有重要意义。     

BACK PROPAGATION NEURAL NETWORK MODEL FOR TEMPERATURE AND HUMIDITY COMPENSATION OF A NON DISPERSIVE INFRARED METHANE SENSOR

The infrared absorption gas sensor detects CH₄, CO, CO₂, and other gases accurately and rapidly. However, temperature and humidity have a great impact on the gas sensor's performance. This article studied the response of an infrared methane gas sensor under different temperatures and humidity conditions. After analyzing the compensation methods, a back propagation neural network was chosen to compensate the nonlinear error caused by temperature and humidity. The optimal parameters of the neural network are reported in this article. After the compensation, the mean error of the gas sensor's output was between 0.02–0.08 vol %, and the maximum relative error dropped to 8.33% of the relative error before compensation. The results demonstrated that the back propagation neural network is an effective method to eliminate the influence of temperature and humidity on infrared methane gas sensors.     

基于 JADE 的室内多组分污染气体混叠峰识别

检测室内有害气体可得到混合有害气体的红外光谱。由于吸收谱带相互交叠的混合气体不易进行定性定量分析,提出了基于特征矩阵联合近似对角化(JADE)的特征提取方法。该方法通过分析数据的高阶统计量信息,充分挖掘原始数据隐含的信息,从而准确区分出混合气体中各物质的光谱,同时应用基于正则理论的支持向量机(SVM)对提取的独立信号源建立多维数据定量分析的模型。实验结果表明,混合气体中各组分的定量分析相关系数均保持在0.9991以上,验证了该特征提取方法的准确性。     

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)。     

非色散红外气体传感器稳态扩散高斯分布浓度校正方法

流程工业中气体浓度测量至关重要。非色散红外传感器是一种基于不同气体对红外光吸收强度差异性测量气体浓度的传感器,气体浓度测量精度高,广泛用于流程工业中CO₂和N₂O气体浓度测量。非色散红外传感器内气体不均匀扩散使气体浓度测量会产生原理性误差,需要得到气体在传感器气室内达到稳态扩散时间降低浓度测量误差,提高测量精度。本文提出一种非色散红外传感器高斯分布扩散模型预测气体稳态扩散时间计算方法,14组不同条件下CO₂和N₂O的仿真实验得到本文提出高斯扩散模型的拟合度分别为0.82和0.80,验证所提出高斯模型预测气体稳态扩散时间的鲁棒性。本文所提方法非色散红外传感器浓度测量不均匀扩散产生误差补偿提供保障。     

基于大气透过率比例校正的目标辐射测量

大气透过率是影响目标辐射测量精度的重要因素,而常规通过MODTRAN等模式计算软件,由大气参数计算大气透过率的误差一般在15％以上,极大地限制了目标辐射测量精度.为此,本文提出利用某一距离的实测大气透过率和模式计算大气透过率之比得到大气过率校正系数来对其它距离的模式计算大气透过率进行比例校正.实验显示,校正后大气透过率的精度优于8.1％,大大提高了目标辐射测量精度.利用中波红外相机和面源黑体开展了目标辐射特性测量实验,结果表明,采用MODTRAN计算大气透过率的辐射测量方法得到的目标辐射反演精度约为20％,而采用本文方法对大气透过率校正后可将反演精度提高到10％以内.     

一种应用于煤化工行业过程监测的质谱定量分析方法

为了满足煤化工行业对生产工艺监测与过程控制的需要，建立了一种在线质谱定量分析方法。相比传统在线色谱在煤化工过程监测中的应用，在线质谱监测系统具有实时在线测量组分多、响应速度快、稳定性好、动态范围宽等优点。采用聚光科技Mars-550过程气体质谱分析仪，建立了一种应用于工业过程监控的质谱定量分析方法，包括分析原理、数据采集及处理方法。以合成氨工艺过程控制中气体组分浓度的监测为例，对定量离子的选取、数据处理和结果分析进行了详细的阐述，定量相对误差小于1%。该方法具有实时、快速、准确、多流路、多组分分析的特点。     

OGSA结合RBF网络数据融合技术在红外气体分析中的应用

针对红外气体分析存在的问题 ,提出光学气体传感器阵列 (OGSA )和径向基函数 (RBF)神经网络技术相结合的方法 ,并将其应用于 SO2 、CO2 浓度检测。该方法利用 RBF网络非线性逼近功能和 OGSA的信息冗余特性 ,消除非目标参量和目标量之间的交叉干扰。结果表明 ,SO2 引用误差由融合处理前的 3.1%降至 2 .0 % ,CO2 由 39%降至 8.6 %。为红外气体分析提供了一种有效的途径 ,具有实用前景。     

基于气体传感器阵列和独立成分分析的易燃气体检测

本文提出一种基于气体传感器阵列和独立成分分析(ICA)的方法来检测常见易燃性气体,例如一氧化碳(CO)和甲烷(CH4).气体传感器阵列由6个商用金属氧化物半导体传感器组成,分别对这两个独立的气源产生响应.通过分析ICA散点图中CO和CH4的信息成分,实现了这两种易燃气体的定性和定量组分分析.仿真结果表明,用ICA对气体传感器阵列测量数据进行处理,可以提高气体识别的准确率和浓度测量的精度.     

用于多波段激光大气透过率测量的太阳辐射计

为了实时测量多个波段激光大气透过率,研制了ISP02型近红外太阳辐射计。详细阐述了该仪器的硬件组成、光学系统设计以及工作流程,并对仪器进行了定标,给出仪器能达到的性能指标。依据建立的基于太阳宽谱直接辐射测量获取激光波段大气透过率的方法,实测得到1.064,1.315,1.54μm大气透过率,将结果与POM02型太阳辐射计采用外推法获取的激光大气透过率进行对比,误差均小于6%,测量的水汽总量与POM02对比,误差均小于7%;然后,将两者外推的3.78μm透过率进行对比,误差均小于5%。秋冬季实测的1.315μm透过率与激光大气传输评估软件对比,误差小于2%。该仪器测量结果可靠、性能稳定,可为同时获取多个波段激光大气透过率提供有效测量手段。