可调谐半导体激光光谱仪对高温下co的测量研究

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1、上海大学硕士学文论文中图分类号：单位代号：10280密级：学号：12721873硕士学位论文SHANGHAIUNIVERSITYMASTER’SDISSERTATION题可调谐半导体激光光谱仪目对高温下CO的测量研究作者郭艳林学科专业环境工程导师周振完成日期2015/4/251上海大学硕士学文论文上海大学本论文经答辩委员会全体委员审查,确认符合上海大学硕士学位论文质量要求。答辩委员会签名：主任：委员：导师：答辩日期：I上海大学硕士学文论文原创性声明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已

2、发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他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。签名：日期：本论文使用授权说明本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：II上海大学硕士学文论文上海大学工学硕士学位论文可调谐半导体激光光谱仪对高温CO下的测量研究姓名：郭艳林导师：周振学科专业：环境工程上海大学环境与化学工程学院2015年4月III上海大学硕士学文论文ADissertationS

3、ubmittedtoShanghaiUniversityfortheDegreeofMasterinEnvironmentEngineeringResearchontheMeasurementofCarbonMonoxideinElevatedTemperatureBasedonTunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopyMA．Candidate：GuoYanlinSupervisor：ZhouZhenMajor：EnvironmentEngineeringEnvironmentalandChemicalEngineerin

4、gCollege,ShanghaiUniversityApril,2015IV上海大学硕士学文论文摘要人类工业的快速发展带来了能源枯竭以及空气污染等严重问题，其中由化石燃料燃烧产生的CO气体不仅能够与人体血红蛋白结合造成机体缺氧而中毒，排放到大气中也会对OH自由基产生消耗，极大降低了大气的自净化能力。对工业燃烧炉内CO浓度和温度的测量能够实时监测燃料的燃烧效率，同时也能抑制尾气中CO的浓度。与传统的气体测量方法相比，可调谐半导体激光光谱技术具有选择性好、抗干扰能力强、灵敏度低、快速、实时在线检测的优势，能够对气体组分浓度、温度、压强、气体流速进行测量，在工业

5、领域得到了广泛的应用。结合波长调制技术可以有效去除由于TDLAS光电器件产生的白噪声，极大优化了测量检测线，拓宽了该技术在痕量气体浓度检测领域的应用。本文以波长调制可调谐半导体激光吸收光谱技术为理论指导，自主搭建了一套用于高温条件下CO测量的实验装置，主要取得了以下成果：1）通过对高斯、洛伦兹、福吉特吸收线型函数进行机理分析，得到了在常压条件下，使用洛伦兹线型函数对实际吸收线型进行模拟最为合理。2）使用傅里叶变化对洛伦兹线型函数的n阶导数进行理论推导，给出了同时考虑波长调制和功率调制下洛伦兹线型函数的二次谐波信号表达式，为后续的最小二乘法拟合待测信号提供了理

6、论依据。3）结合HITRAN数据库，对化石燃料产生的尾气吸收峰位置进行模拟，最终确定选取干扰小、强度大且适用于DFB激光器的R14线(1563.6nm)作为CO的待测吸收线。4）自主搭建一套同时包含激光调制系统、标气配制系统、高温系统、信号探测解调系统以及信号采集储存系统的实验装置，该装置基于波长调制可调谐半导体激光光谱技术，使用DFB激光器作为可调谐半导体激光器，以高频正弦信号作为调制信号，使用锁相放大器对测量信号进行解调，得到最终的二次谐波作为定量的标准。5）实验采取标定定量法，通过建立水汽背景库扣除CO吸收峰附近的水汽干扰信号，并以CO标准吸收库作为标

7、定对待测组分中CO的浓度进行标定定量。6）最终的测量结果包括水汽、CO浓度和温度值，其中CO测量的线性动态范围为0~10%，检测限在100ppm量级；温度测量范围为300~1000°C；水汽、CO浓度以及温度的测量误差分别在5%、5%、10%以内。V上海大学硕士学文论文7）本套实验装置基于波长调制可调谐半导体激光光谱技术，具有抗干扰、低检测限、实时在线的特点，且适用于高温等恶劣工作条件下，在煤发电、钢铁冶炼等领域具有极大的应用潜力。关键词：可调谐半导体激光器，波长调制技术，高温，一氧化碳VI上海大学硕士学文论文ABSTRACTSeriousproblemss

8、uchasexhaustionofenergyand