自制高精度多通道气体分割器的性能测试及应用研究

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1、自制高精度多通道气体分割器的性能测试及应用研究PerformancesTestandApplicationsofaHomemadeHigh-precisionMulti-channelGasMixer学科专业：仪器科学与技术研究生：杨旭指导教师：杜振辉天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的

2、学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据

3、摘要随着气体分析在大气环境监测中的重要性越来越凸显，气体分割器作为一种能够在线配比浓度组分的气体混合物配制仪器，在气体分析仪的检验领域已并不是新兴产物。本文以可调谐激光吸收光谱（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy，TDLAS）技术在气体混合物浓度检测中的应用为出发点，全面系统的对一台自制高精度多通道气体分割器的动静态性能指标进行了测试与分析，并最终将该气体分割器应用到了挥发性有机物气体的检测仪器标定中。本文主要工作包括：第一，基于空芯光波导气体传感器的气体分割

4、器性能测试。选取空芯光波导作为气体池，CO2作为标准参考气体，搭建了动态气体分割器性能测试气体传感器，对该传感器的检测限以及最佳积分时间等指标进行了分析和评价。使用此气体传感器实现了气体分割器实时动态连续的产物浓度图的高精度高时间分辨率测量。第二，高精度多通道气体分割器的动静态性能指标的全面分析与评价。依据基于直接吸收可调谐激光光谱测试得到的气体分割器产物浓度图对气体分割器的精度、响应时间、混气分辨率、线性度、迟滞、重复性、灵敏度、波动和漂移等指标进行了计算与评价。结果显示，气体分割器的配气精度高达设置

5、值的1.44%，响应时间随着流速的增加而减小。除此之外，其最大非线性误差低至0.81%，拟合相关度高达0.99983。第三，高精度多通道气体分割器在挥发性有机物检测中的应用。基于波长调制可调谐激光光谱和相应的中红外激光器搭建了乙腈气体浓度梯度检测系统，评价了该系统的检测限和最佳积分时间。使用本研究中已测试的高精度多通道气体分割器，在线实时测量了乙腈含量的动态梯度变化，并模拟了三种不同的乙腈污染环境，完成了乙腈气体浓度梯度检测系统的响应范围的测试与评定。本研究中气体分割器的性能检测系统选用空芯光波导作为气

6、体样品池，其克服了传统气体池体积大的缺点，满足了气体分割器动态响应的检测需求，实现了气体分割器输出产物浓度图的高精度和高时间分辨率测定，为气体分割器在其他领域的应用奠定了可靠基础。关键词：空芯光波导，气体传感器，可调谐激光光谱，气体分割器，性能分析，挥发性有机物，传感系统标定I万方数据ABSTRACTWiththeexpandingoccupationofgasanalysisinthefieldofatmosphericmonitoring,asanonlinegasmixtureproduction

7、instrument,thegasmixerhasbeenwidelyusedingasanalyzers’calibrationandvalidation.Thispapergivesin-depthstudyonthegasmixturemeasurementtechnologybasedonthetunablediodelaserabsorptionspectroscopy(TDLAS),andanalyzesthedynamicandstaticpropertiesofahomemadehigh

8、precisionmulti-channelgasmixer.Atlast,theproposedgasmixerwasimplementedintheverificationofaVOCssensingsystem.Themainworksaresummarizedasfollow:Firstly,property-orientedparameterstestingwasconductedbasedonhollowwaveguidegas