红外光谱气体在线分析应用中的关键技术教学内容.ppt

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1、复杂多组分混合气的光谱分析关键技术及其应用汤晓君2013-09-16西安提纲一科学仪器概论二气体分析应用背景三总体思路与技术路线四关键技术五研究成果一科学仪器概论1)分析仪器9)医学诊断仪器2)物理性能测试仪器10)核仪器3)计量仪器11)特种检测仪器4)天文仪器5)海洋仪器6)地球探测仪器7)大气探测仪器8)电子测量仪器——应用领域实例气体监测应用广泛，关系到国计民生，但待测气体大多是多组分混合气体石油、天然气勘探依赖气体的在线分析来评判气体分析也是井喷灾害的预防手段二气体分析应用背景绝大部分矿难是由于瓦斯引起的，矿井安全依赖于气体在线分析结果来评

2、判。瓦斯一直困扰着我国的煤炭安全生产。二气体分析应用背景——应用领域实例许多电力设备，如变压器，主要靠气体分析来评估运行状态变压器油中气体分析是变压故障诊断的重要手段；六氟化硫分析物的在线分析是开关运行状态的重要评估依据。目前，电力设备的故障诊断准确率还不够令人满意，变压器的准确率只有70%。二气体分析应用背景——应用领域实例二气体分析应用背景——应用领域实例温室气体排放的监测是我国“十二五”的重要议题蓝天被浓烟所遮盖温室气体排放监测已列入“十二五”科技计划二气体分析应用背景——应用领域实例气体监测是特种刑侦的重要手段警犬在许多方面缉毒受限：不可暗中

3、查访，受刺激性气味影响。气体酒驾测试还不过关，需要血液化验最终核定。二气体分析应用背景——应用领域实例舰艇、飞机、航天器中的空气质量监控是上天入地工程的一项重要工作。军舰、潜艇长时间航行后，士兵常常感到头晕；F22进气道的缺陷直接导致了它的停飞。二气体分析应用背景——应用领域实例汽车尾气分析优化发动机汽车尾气分析研究燃烧学气体在线监测也是许多科学研究与工程开发的重要手段。二气体分析应用背景——技术现状目前的混合气分析技术各有千秋，尚无完美的方法常规气敏传感器，如分光型光电式、半导体、电化学气敏传感器价格低廉，体积小，重量轻，但在准确性、稳定性、选择性

4、与分辨力等方面性能较低；电化学气体传感器——寿命短新型微纳米气体传感器——整体尚处于实验室阶段半导体气体传感器——只在工业现场做定性报警用红外光栅光纤、分光型光电式——难以区分同种类分子气体气相色谱法分辨力高，准确高，但色谱柱易受污染，维护成本高，成本高，安全性也较低，速度慢。一般只能离场(exsitu)在线分析；二气体分析应用——技术现状质谱法灵敏度高，分析准确，速度快，但对异构体气体难于区分，操作复杂，价格昂贵，易受污染，维护费用高。二气体分析应用——技术现状二气体分析应用——技术现状光谱法灵敏度高，稳定，速度快，安全，可免维护，但分子结构相近气

5、体难于区分。烷烃红外吸收光谱的交叠性二气体分析应用——技术现状分析时间则需要400~900秒文献查新及对比查新关键词：录井、红外光谱密切相关文献A类期刊AppliedSpectroscopy分析组分：水,甲烷,乙烷,乙烯（water,methane,ethane,ethene）定性分析组分：C1,C2～C5,C6+,andCO2会议论文二气体分析应用——技术现状色谱法——光谱法联用，色谱法——质谱法联用，几乎可以准确分析所有的气体，但进一步增加了成本和维护成本，需要专门培训操作员.二气体分析应用背景关键问题一：何种气体传感器能长期稳定应用于工业现场？

6、关键问题二：对于具有交叉敏感的多传感器系统在小样本条件下，如何建立准确正模型，获得准确结果？关键问题三：如何解决具有相同分子基团、分子结构相近气体组分，如烷烃C1～C5的准确辨识难题？关键问题四：如何避免干扰气带来的影响？（关键技术问题）三总体思路与技术路线——气体红外分析原理迈克尔逊干涉仪三总体思路与技术路线被测气体多组分复杂混合气体分析平台应用研究…+组成基本的分析平台探寻可实用化的气体体传感器接口电路CPU基本软件算法多传感器信息融合算法智能化软件外围环节可测气体13种（9/11）可测量复杂混合气体：含相同分子基团、分子结构相同的多组分混合气体

7、实现基本功能：数据采集刻度转换（由传感器输出求被测气体浓度）实现智能化功能：足够高的准确性分辨力信噪比快速响应性连接气路自校准闭环调压系统数据无线远传系统++四关键技术(概述)1.海量实验标定样本的问题。在小样本条件下，对具有交叉敏感的多传感器系统，提出了建立正、逆模型的标定新方法，解决了需要海量实验标定样本的难题；2.分子结构相近气体的分离问题。提出特征变量提取—畸变修正—光谱图重构—动态补偿—联合滤波的智能化分析新技术，解决了分子结构相近气体，如烷烃C1~C5的光谱分析分离度难题；3.干扰气问题。多分析模型信息融合-光谱图重构法克服了干扰气带来的

8、影响。采用“多维曲面拆分附加样本法”和“多级分类多逆模型”正、逆模型建模法，解决：具有交叉敏感的多传感器系统