沼泽湿地甲烷气体浓度检测.pdf

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1、2011钷仪表技术与传感器2011第3期InstrumentTechniqueandSensorNo．3沼泽湿地甲烷气体浓度检测王琢，曹家年，张可可，冯琳琳(1．哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，黑龙江哈尔滨150001；2．东北林业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150040)摘要：针对传统沼泽甲烷气体检测方法中存在的过程繁琐、实时性差的问题，分析了基于近红外可调谐半导体激光吸收光谱的光学式检测方法。提出通过计算一次谐波信号的峰值与平均值对气体浓度测量的方案，并结合虚拟仪器技术加以实现。经实验测试表明：该系统

2、性能稳定，能够实现在线实时检测，检测精度(体积分数)为0．02％。关键词：湿地；甲烷；光学；光谱吸收中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2011)03—0090—03DetectionMethodofMarshWetlandMethaneGasConcentrationWANGZhuo．一．CAOJia．nian，ZHANGKe．ke．FENGLin．1in(1．CollegeofInformationandCommunicationEngineering，HarbinEngin

3、eeringUniversity，Harbin150001，China；2．CoHegeofMechanicalandElectricalEngineering，NortheastForestryUniversity，Harbin150040，China)Abstract：Aimedattheproblemoffussyprocessandbadinstantaneityintraditionalmethanegasdetection，thispaperana-lyzedanopticalmethodbase

4、donnearinfraredtunablediodelaserabsorptionspectroscopy．Themethodofcalculatingthepeakandaveragevalueoffirstharmonictomeasurethegasconcentrationwaspresented，inwhichthevirtualinstrumenttechnologywascom-bined．Thesimulationresultsshowthatthemeasurementsystemisst

5、able；thereal—timedetectioncanberealizedeasily，andthede-tectionaccuracyis0．02％VOL．Keywords：wetland；methane；optics；spectroscopyabsorption0引言好等于它的某两个能级能量之差的光子(=AE／h)，不同分子由于大气中温室气体浓度的增加而导致的全球气温升高，结构的气体会因其不同能级而吸收不同频率的光子，所以通过已成为全球性重大的环境问题。甲烷是重要的温室气体之一，测量气体分子的吸收光谱

6、，即可测量其浓度。甲烷(CH)分子位居第二位，仅次于二氧化碳，贡献率达25％，其具有高效的单共有9个基频振动模态，但只有前4个是独立的，即。、、和分子增温潜势，使之成为全球变暖过程中的敏感性气体。甲烷，而且其中只有2个(和)是红外辐射活性的，另外，这两被公认为是厌氧环境中有机物质降解过程的终端产物，大气中个模态均是三重兼并的。由HITRAN2004分子光谱数据集可甲烷源于厌氧土壤系统，包括沼泽湿地、垃圾场等，沼泽湿地是知，cH的吸收谱线条数为251440条，当激光器所发出的光波甲烷气体最为主要的自然源，估计湿

7、地生态系统对全球甲烷排长覆盖气体吸收线时，将会产生光谱吸收。放的贡献率约为20％-6]。一束光强为P；(A)的探测光通过待测气体，被待测气体分对于湿地甲烷气体成因、转化及其影响的研究，已成为国子吸收后，透射光强为P(A)，根据Lambert—Beer定律：内外生物研究的重点。对湿地表面甲烷气体浓度的检测是湿P。(A)=Pi(A)exp[一O／(A)](1)地甲烷气体研究的重要环节之一。式中：为光程，即光通过待测气体的长度；C为待测气体的体目前，对于湿地甲烷气体浓度检测的主要方法是：首先进积浓度；(A)为气体在

8、波长为A处的吸收系数。行现场抽取样，将抽取样品注入真空瓶，然后送至实验室，利用在标准大气压下，可以用洛仑兹吸收线型来描述气体的吸气象色谱仪进行样品分析，这样的一个检测环节比较繁琐，收光谱，气体在单根吸收谱线A。处的洛仑兹吸收线形表示为而且样品在整个运送环节中极易受到污染导致检测结果不准确。针对这个问题，研究了一种基于近红外可调谐半导体激光d(A)=——__=(2)+吸收光谱(TDLAS，Tunabl