一、二氧化碳激光器的最新研制（论文文献综述）
邵晓鹏,张乐,刘丽娴,尹旭坤,章学仕,苏永亮[1]（2021）在《基于光声光谱技术的多组分气体探测研究进展》文中提出多组分痕量气体检测在工业、军事、农业和医疗等领域均有着重要的研究和应用价值。高性能光声光谱技术因其灵敏度高、响应快、选择性高及非接触式实时连续测量等优点受到人们的青睐。本文首先对多组分气体监测需求和光声光谱技术的主要优势和基本原理进行阐述;然后从光源分类的角度出发,介绍了现有多组分气体测量技术的最新研究进展,概括光声光谱中常用的探测方式,包括多路复用技术和干涉型傅里叶变换红外光谱等,并对其具体的适用范围和优缺点进行了对比分析。同时,针对实际应用环境中气体传感系统主要存在的光谱干扰和吸附效应的问题,介绍了相应的解决方法。最后,对光声光谱多组分探测方法的未来发展方向进行了总结和展望。
胡锦源[2]（2021）在《应用于TDLAS的新型锁相放大器设计及实现》文中研究说明随着现代工业技术的迅猛发展,有毒、有害气体的泄露事故时有发生,对环境及人体健康带来不利影响,因此开展相关气体的浓度检测很有必要。目前,在众多的气体检测方法中,光谱方法具有非接触、响应快、精度高等优点,是当前气体检测的发展方向。其中,可调谐半导体激光吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS）基于气体在红外区的“指纹吸收”特性,利用波长调谐及谐波检测方法,具有极高的探测灵敏度和极限,已被应用于CO、SO2、NxO等痕量气体检测中。在TDLAS技术中,锁相放大器可有效降低信号噪声,尤其是1/f噪声的不利影响,直接影响着整个探测系统的性能,本研究在分析、对比已有研究的基础上,设计了一种新型的锁相放大器,并对基于此锁相放大器的TDLAS系统的信号产生、探测及谐波提取进行了研究,主要工作如下:（1）分析了气体的“指纹吸收”特性,基于TDLAS基本理论,结合波长调制技术与谐波检测方法,建立了 TDLAS气体浓度探测模型,仿真分析了气体浓度与二次谐波的关系,为基于TDLAS检测方法提取二次谐波信号的锁相放大器电路设计提供理论依据。（2）使用锁相放大器进行二次谐波信号提取是TDLAS的关键,针对己有的锁相放大器为获得所需的同相、二倍频参考信号而需采用复杂的倍频、移相电路,提出了一种新型锁相放大器,该锁相放大器利用FPGA（Field Programmable Gate Array）的同步性和可编程性,在通过高速D/A输出扫描信号、调制正弦信号的同时,产生一个与调制信号严格同相的二倍频信号,与后续的检波电路相配合,可以有效提取与气体浓度相关的二次谐波吸收信号。这种二倍频参考信号产生方法不仅简化了锁相放大器的电路结构,还可减小模拟电路带来的噪声,有望提高浓度探测性能。（3）设计并搭建了以新型锁相放大器为核心的TDLAS气体检测系统。FPGA控制高速D/A芯片AD9767产生扫描信号、调制信号,经调理电路、MLD203CHB压流转换后驱动半导体激光器,经气体吸收后的光信号经过光电转换后,进入锁相放大器进行二次谐波提取。设计了温度控制、锁相放大及光电探测电路,并进行了分模块测试,为后续的气体探测奠定基础。（4）以主要成分为甲烷的天然气作为目标气体,在搭建的光程为0.6m的气室中进行了初步的浓度探测实验。对天然气浓度进行二分法稀释,探测到的二次谐波峰值也与之对应,测得CH4的探测极限为10%,初步验证了所设计的锁相放大器的性能。在对激光器线宽、探测光程、探测器性能优化后,有望极大的提高探测性能。
赵莹泽[3]（2021）在《航空发动机涡轮叶片温度及燃气浓度反演研究》文中研究表明随着航空工业的发展,发动机推力、比重等性能不断提高,涡轮叶片运行时的温度也随之升高。由于长期工作在高温高压的极端环境中,导致涡轮叶片可靠工作寿命减少、材料强度降低。因此为保障航空发动机的安全运行,对发动机涡轮叶片温度精确测量的需求越来越迫切。传统的接触式高温计已无法适应如此严苛的工作环境,因此响应速度快、测温上限高、动态范围广的辐射测温技术在涡轮叶片温度测量领域得到了广泛关注,提高辐射测温精度对航空发动机稳定安全运行具有重要的意义。同时,在航空发动机运行时,燃烧室内高温燃气的状况直接影响涡轮叶片表面热辐射分布状态以及发动机的工作效率。因此通过测量燃烧产物中各气体组分的浓度百分比,调控燃料与空气的最佳混合比例,对实现燃油最佳燃烧效率,提高航空发动机的工作效率并减少污染物排放具有重要的意义。本论文针对航空发动机工作过程中涡轮叶片温度以及燃气浓度的测量需求,提出了基于谱窗移动的涡轮叶片温度测量算法和被动式高温燃气浓度反演算法,实现了涡轮叶片温度和高温燃气浓度的高精度反演。本论文的创新研究工作主要包括以下五个部分:1.开展了涡轮叶片光谱辐射测温相关理论研究,针对目前航空发动机涡轮叶片多光谱辐射测温中普遍存在的因发射率预测不准而严重影响温度反演的准确性问题,提出了一种基于窄带谱窗移动的涡轮叶片光谱测温算法。利用窄谱段内被测物体发射率随波长变化缓慢的特点,采用Mahalanobis距离定义两曲线间的相似距离描述两曲线的相关系数,在无需预设发射率模型的前提下实现了高温合金样品表面的温度场反演。2.开展了高温燃气分子吸收光谱理论研究,结合HITEMP光谱数据库和航空发动机燃烧产物对发动机不同工况下高温燃气光谱辐射吸收特性进行分析建模。通过对高温燃气非标况下线强计算、谱线线型选择及谱线增宽效应计算燃气光谱透过率分布,确定了不同燃烧产物的特征吸收峰。3.完成了高温合金样品光谱辐射测温实验系统设计和实验平台搭建。利用光栅光谱仪测量了DD6、DZ125、K77三种镍基高温合金样品的光谱发射率分布特点。使用窄带谱窗移动算法对上述高温合金样品进行表面温度场重构,通过与热电偶测量结果进行对比,验证了窄带谱窗移动测温算法对不同表面发射率样品温度测量精度。4.完成了航空发动机高温燃气浓度反演算法理论研究,提出了基于被动式航空发动机高温燃气浓度反演算法。通过对高温燃气光谱辐射传输过程进行建模分析,利用高温燃气光谱的选择吸收特性对背景辐射以及高温燃气辐射进行分离,同时对背景辐射光谱和高温燃气辐射光谱进行实时提取,求解高温燃气的光谱透过率分布,利用非线性最小二乘法对测量光谱透过率和理论光谱透过率拟合,实现气体浓度的反演。5.完成了高温气体浓度测量实验系统的设计和平台搭建,设计了三段式石英高温气体池,高精度配气系统。利用被动式燃气浓度反演算法对高温二氧化碳气体浓度进行测量,通过与配气系统设定浓度结果进行比较,验证了浓度反演算法的可行性和有效性。同时在高温燃气辐射传输模型的基础上,计算并分析了光谱测量系统的噪声等效辐射亮度和噪声等效柱浓度,评估了测量系统在不同测量条件下气体的浓度检测下限。
李明星[4]（2021）在《小型开路式激光气体分析仪研制及涡动相关通量观测应用》文中进行了进一步梳理近年来温室效应导致的全球气候变暖以及淡水资源紧缺等问题日益严峻,寻求温室气体排放演变规律有助于我们理解生态环境变化以及提高全球陆地淡水循环利用效率并评估未来的变化趋势。观测温室气体排放通量方法有很多,其中涡动相关法作为一种不需要参数化假设直接观测气体交换通量的方法,被广泛应用于通量监测领域,无疑是当前首选的观测方法。该方法通过计算垂直风速脉动量和相关物理参数（如CO2和H2O等）脉动量的协方差得到气体交换通量,因此该方法要求测量仪器具有极高的测量精度和响应频率。当前用于气体测量的红外气体分析仪只有20Hz的响应频率,针对气体交换过程中的小尺度通量精准探测还有待探索,而可调谐半导体激光吸收光谱技术具有高选择性、高分辨率、环境适应性强、易于实现小型化等优点,并且探测响应频率取决于激光器调谐频率,非常适用于痕量气体高频高精度测量。因此本文利用高频调制激光吸收光谱技术,开展了温室气体CO2和H2O高精度高频脉动测量技术研究以及结合涡动相关法开展了通量观测应用研究。针对涡动相关测量设备中缺少精准测量小尺度通量问题,研究了基于高频调制激光吸收光谱技术的高精度浓度反演方法,利用1392nm和2004nm可调谐半导体激光器研制了适用于涡动相关测量的小型开路式激光气体分析仪,实现目标气体100Hz高精度脉动测量,填补了20Hz至100Hz的数据空白。针对温室气体组分交叉干扰的特点,开展了H2O和CO2目标气体光谱干扰特性研究,结合吸收谱线强度,分别设计了高效光束耦合的开放对射式15cmH2O测量结构和基于多次反射开放式Herriott吸收池20mCO2测量结构,有效避免湍流运动中结构组件对高频测量结果影响。针对环境温度变化影响激光频率漂移问题,研究DFB半导体激光器的调谐特性,研制了恒流源和PID网络调节的小型高精度电流调谐和温度调谐控制电路,实现0.2mA的电流控制精度和0.001cm-1的温度控制精度;设计了基于温度反馈闭环锁定控制电路和算法,实现激光器在环境温度-20℃～+50℃变化范围内精确控制。研究了微弱信号检测技术及数字自增益调节算法,采用基于模拟开关和数字电位器的多级自增益控制电路和调节算法,既实现60dB动态范围增益调节,又实现0.04dB精细调节,解决了光机结构污染、形变及大气湍流等因素造成的光强波动问题。针对100Hz高精度浓度反演测量要求,采用基于Cortex-M7的MCU处理器设计了单板高速信号采集处理电路和嵌入式软件程序,研究了光谱信号处理中的数字滤波预处理算法、光强归一化算法、数值微分算法和环境温度压力修正算法,实现浓度脉动高精度测量。样机的测量结果表明CO2线性度为0.995,H2O测量线性度为0.999,同时利用Allan方差分析了系统的检测限,当积分时间为0.01s时,CO2的最低检测限为0.4ppmv,H2O的最低检测限为8.17ppmv,满足目标气体浓度脉动测量要求。结合100Hz三维超声风速仪,开展涡动相关温室气体排放通量观测应用技术研究。在数据处理方面,研究了基于标准偏差的原始数据预处理算法、二次坐标旋转算法、Ogive最优时间长度算法,并通过Fourier变换分析了 CO2和H2O浓度的功率谱斜率,结果表明在对数坐标系下满足大气湍流“Kolmogorov-5/3定律”。分别在烟台市国家卫星海洋标定平台和葫芦岛市觉华岛观测场地进行了典型应用示范实验,定量分析了不同风速、不同观测频率的通量测量结果。实验结果相关性分析表明在4 m/s低风速环境下,20Hz的通量结果与100Hz的通量结果差值约5%;而在10m/s高风速环境下,20Hz的通量结果与100Hz的通量结果差值约16%,即在4m/s至10m/s风速范围内,100Hz观测频率对通量的贡献约有 11%。总的来说,针对生态环境温室气体脉动高精度高频探测需求,利用高频调制激光吸收光谱技术研制了小型开路式激光气体分析仪,结合涡动相关法开展了温室气体排放通量观测应用,建立通量计算模型实现通量测量,验证了 100Hz测量频率更易捕捉垂直方向气体交换运动中小尺度通量微弱变化的优势,在生态环境通量观测领域具有广泛的市场应用前景。
陈稳稳[5]（2021）在《基于FPGA的数字正交锁相放大器研制及气体检测应用》文中研究说明煤矿生产环境复杂,高浓度的瓦斯（主要成分为甲烷）会严重威胁工作人员的生命财产安全,需时刻监测矿下甲烷气体的浓度。在多种气体检测方法中,可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术得到了广泛应用,它具有较高的检测精度、较快的响应速度并且可无接触测量。该技术的核心部件为锁相放大器,主要用于从待测气体吸收信号中提取谐波信号,进而达到检测气体浓度的目的。商用锁相放大器虽然款式众多,发展成熟,但价格相对较高,体积较大,不利于系统的集成和小型化。所以本论文研究和设计了一款基于FPGA的数字正交锁相放大器,用于甲烷气体检测系统,设计的锁相放大器不仅成本较低,硬件电路结构简单,而且体积较小,便于系统的集成。本论文主要内容包括以下四个方面:1.概述了锁相放大技术及TDLAS技术的相关理论。包括相关检测基本原理、锁相放大器检测微弱信号基础理论、红外吸收光谱原理、朗伯-比尔定律、直接吸收光谱技术原理和波长调制光谱技术原理。2.详细介绍了正交锁相放大器模块、激光器驱动模块和数据采集模块的程序设计流程和仿真结果。通过MATLAB软件和FPGA开发平台建立了待测气体吸收信号的模型,并利用待测气体吸收信号模型验证了正交锁相放大器的功能。3.设计了FPGA主控板、激光器驱动模块和数据采集模块的硬件电路结构。FPGA主控板主要包括电源电路、JTAG下载电路和USB转串口电路等。激光器驱动模块主要包括低频扫描信号电路、高频调制信号电路和波形叠加电路。数据采集模块主要包括电源电路、A/D模数转换电路和D/A数模转换电路。详细介绍了三个模块的硬件结构框图及功能调试过程。对三个模块做了集成,并调试和验证了整体系统的功能。4.开展了相关气体实验,验证了正交锁相放大器和甲烷气体检测系统的功能。利用动态配气系统,配置了不同浓度的气体样品,并提取了对应的二次谐波信号和峰峰值信息。提取实验表明,二次谐波信号的峰峰值与待测气体的浓度成线性关系。开展了甲烷气体检测实验,完成了系统的浓度标定、稳定性测试并计算了Allan方差。实验表明,在甲烷浓度为0×10-6时,检测结果的波动范围是-0.16×10-6～+0.2×10-6。由Allan方差曲线可知,积分时间为1 s时,系统的1σ检测下限为64.5×10-9;当积分时间增加到17 s时,系统的1σ检测下限为17.6×10-9,此时系统稳定性最好,探测精度最高。本论文的创新点:1.针对甲烷气体检测系统,本文设计了一款基于FPGA的数字正交锁相放大器,硬件电路结构简单,并且在不改变硬件电路结构的前提下,可以灵活的进行功能扩展和硬件升级。2.设计更加模块化,硬件结构体积更小,便于气体检测系统的集成。
余赛芬[6]（2021）在《单光子探测自由空间分布式光谱遥感技术》文中进行了进一步梳理光谱学可追溯至17世纪牛顿利用三棱镜将白光色散为七彩光带。随着量子力学以及激光技术的发展,精确的光谱分析方法已经实现了对物质的组成进行定性和定量的分析,且已被广泛应用于化学和生物等领域并发挥了重要的作用。在大气气体遥感方面,光谱测量的方法主要有基于被动光源的光栅光谱仪、傅里叶红外光谱仪等,以及基于主动光源的光频梳遥感、多波长差分吸收激光雷达等。但这些用于大气气体测量的技术均只局限于柱积分式的光谱测量,对于自由空间内的光谱遥感仍存在很大的挑战性,从而阻碍了对大气中多种气体成分和化学过程的进一步了解。本文从碳达峰和碳中和的重要性出发,指出温室气体排放监测和研制国产化观测设备的紧迫性。并针对目前用于大气气体探测的被动和主动遥感技术进行了介绍和对比分析,指出不同方法所适用的领域和对应的局限性。利用超导纳米线单光子探测技术降低了传统激光雷达方法中对激光器能量的高要求,进一步提高了信噪比;并通过基于频梳锁定的技术对宽范围的可调谐激光器进行精确的频率控制和锁定,在此基础上实现了自由空间分布式的光谱遥感;在碳排放监测、泄漏预警和大气化学研究方面具有很大的潜力。论文的主要工作如下:1.阐述了基于单光子自由空间分布式光谱遥感的原理及设计思路。首先对分子的吸收光谱进行了理论分析,并从激光雷达原理出发,根据公式推导得出光谱及对应的浓度反演过程。随后介绍了基于频梳锁定的原理,并通过结合超导纳米线单光子探测器完成了整个系统的初步设计。2.根据气体光谱探测的线选择标准,通过模拟得出了既具有合适的光谱学参数又能发挥探测优势的吸收线（中心波长为1572.335nm,R16线）用于CO2光谱遥感,并考虑了 HDO作为干涉气体的影响。同时通过模拟激光雷达信号和不同的降噪方法,反演得到了光谱和浓度的分布,并与设置的理想值变化趋势一致,在理论模拟的基础上分析了系统用于自由空间分布式光谱遥感的可行性。3.进行了距离分辨的光谱遥感实验,对系统参数以及对应的设置进行了详细的介绍,重点描述了基于频梳锁定的控制回路设计以及基于单光子的探测的接收系统。主要的实验包括:（1）对基于频梳锁定的不同频率采样间隔遥感了大气光谱并进行了对比,验证了采样模式的自适应性和可控性;（2）在频梳未锁定和锁定两种情况下测得了光谱并进行了对比,验证了频率锁定的稳定性和必要性;（3）分别在冬季和夏季两个季节遥感CO2和HDO的混合光谱,验证了HDO作为干涉气体对CO2有不可忽略的影响,并通过采用三峰Voigt拟合的方式将HDO的光谱分离出来,反演得到了HDO的浓度,进一步弱化了这种影响;（4）进行了长达72小时的连续观测实验,证明了系统的昼夜观测能力,同时反演出了CO2和HDO的浓度并与原位仪器对比后具有一致性,验证了系统用于分布式光谱遥感的能力。
王坤阳[7]（2021）在《基于离轴积分腔光谱大气CO2和CH4高精度测量技术研究》文中研究指明C2和CH4是大气中人为排放浓度最高的两种温室气体,能够吸收太阳和地表的长波辐射,并通过长波辐射重新释到地球的大气层导致全球气候变暖。实时有效地长期监测大气CO2和CH4的浓度,对于制定节能减排的国家发展战略具有重要的意义。随着科学技术的发展,高分辨率和高灵敏度的离轴积分腔输出光谱技术是高精度测量大气CO2和CH4浓度最为有效的手段之一,因此,基于该技术的光谱仪器的研发工作也逐渐成为当前国际研究热点。针对当前“碳达峰”、“碳中和”国家发展战略,高精度大气CO2和CH4浓度分析仪的国产化市场需求迫切。本论文围绕离轴积分腔输出光谱技术（Off-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy,OA-ICOS）进行了深入的调研和分析,开展了基于该技术高精度测量大气CO2和CH4浓度的仪器研发工作。为满足多目标温室气体的同时测量,创新性地研发了基于双路耦合离轴积分腔（Dual-OA-ICOS）测量样机,解决了使用光开关切换所带来的噪声和光开关寿命等问题,为国产高精密多组分大气温室气体分析仪的研制提供了重要的参考。针对Dual-OA-ICOS测量系统的实现,首先,创新性地设计了一种允许激光在X轴和Y轴上离轴±10 mm距离的“双路激光”机械结构,以及一个具有沿光轴方向提供±5°的可调倾斜角的自制准直器。然后,设计了可内嵌高反射率镜片的光学谐振腔,并在腔外设计了左右两端的笼式结构。左端笼式结构可集成“双路激光耦合结构”和自制准直器,其允许1603.2和1651 nm的激光器进入一个光学谐振腔;右端笼式结构可集成聚焦透镜和光电探测器,其允许两路激光的出射光被一个光电探测器接收。最后,为了解决光电探测器上光强叠加的问题,提出了时分复用方法,利用该方法输出了两个具有不同相位的扫描信号波形。运用了基于指数滤波算法对浓度和光谱信号进行滤波。设计了 40分钟的CH4梯度实验来建立系统响应时间和浓度偏差的关系,并结合实际情况选择了合适的权重值。另外,由于激光器在长期的测量过程中容易受到外界环境的影响,导致出现中心波长漂移的现象。因此本文首次提出了一种适用于Dual-OA-ICOS测量系统的波长锁定方法,并通过长达24小时的CH4标气对比实验,采用波长锁定的系统在3100秒时,最小可探测极限为0.39 ppb。研制了一套基于Dual-OA-ICOS的高精度大气CO2和CH4分析仪。设计了保温箱和压力控制系统,以及使用了自制的温度和压力控制电路板来控制光学谐振腔内的温度和压力。对Dual-OA-ICOS高精度大气CO2和CH4分析仪进行了 18小时的温度和压力的稳定性实验,温度的标准偏差1σ为0.37 mK,压力测量的标准偏差1σ为0.005 Torr。在对高精度大气CO2和CH4分析仪进行CO2和CH4浓度标定后,测量了 18小时CO2和CH4原始浓度的标准偏差1σ分别为0.278 ppm和1.794 ppb,滤波浓度标准偏差1σ分别为0.107 ppm和0.733 ppb,测量精度分别提升了 2.6倍和2.4倍。自研的高精度大气CO2和CH4分析仪在中国气象局的浙江临安气象观测站,与美国Picarro公司生产的型号为G2301的温室气体分析仪进行了为期22天的大气CO2和CH4浓度测量的比对实验,结果表明自研分析仪与商用分析仪的浓度测量具有良好的一致性。
秦波涛,仲晓星,王德明,辛海会,史全林[8]（2021）在《煤自燃过程特性及防治技术研究进展》文中提出煤炭是我国的主体能源,但煤炭开采面临着有煤自燃灾害的严重威胁。煤自燃不仅烧毁大量煤炭资源,还易引发瓦斯燃烧、爆炸等重特大事故,造成巨大的经济损失和重大的人员伤亡。为了进一步提高煤矿企业对煤自燃灾害的防控能力,推动我国煤炭资源的安全高效开采,分析了煤自燃理论的研究现状,总结了煤自燃监测预警的主要方法和技术,对比分析了煤矿常规的防灭火技术,介绍了煤自燃防治技术的最新发展及应用效果,并提出了煤自燃过程特性及防治技术的未来研究方向。较详细地阐述了煤自燃过程及特性理论基础,主要包括煤自燃的低温氧化过程机制、煤自燃分段过程特性及特殊条件下的煤自燃特性;较全面地总结了包括标志性气体方法、测温法等多种煤自燃监测预警技术的原理以及各类技术的优缺点。在上述煤自燃理论和监测预警基础上,针对常规注浆、注惰气等技术对煤自燃防控效果有限、难以满足矿井安全高效开采的问题,研发了三相阻化泡沫、凝胶泡沫、无机固化泡沫、稠化砂浆等防灭火技术,同时介绍了液氮（液态二氧化碳）快速灭火降温技术。此外,为了满足煤矿智能化、精准化开采对矿井煤自燃防治的新要求,在矿井火灾监测指标信息化与预警智能化、火源辨识与防治技术控制精准化、防灭火材料绿色化等方面提出了下一步的研究展望。
王志敏[9]（2020）在《基于中红外激光吸收光谱的CH4浓度测量仿真与分析》文中研究表明近年来气体检测技术成为了热门研究课题,可调谐二极管激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS）凭借其操作简便、响应快、波长选择性高、抗干扰能力强等优点而成为重要研究方向,其中波长调制法（Wavelength Modulation Spectroscopy,WMS）的提出有效地提高了TDLAS技术的测量精度,尤其适用于弱吸收的测量环境。近年来,由于甲烷（CH4）泄露而引发的瓦斯、天然气爆炸事件正在严重威胁着人们的生活和生产安全。甲烷作为一种燃烧效能极高的气体在空气中极易爆炸,常温常压下爆炸界限为5%～15%。同时,CH4也是引发温室效应的主要气体之一,考虑到泄露气体的危险性,为了保证气体检测人员的自身安全,对甲烷气体浓度进行测量成为重要研究方向。当前利用TDLAS技术测量CH4浓度主要采用近红外1.6μm分布式可调谐半导体激光器（Distributed Feedback Laser—DFB）作为光源,然而CH4分子在近红外波段吸收强度非常微弱,其测量精度难以满足CH4浓度测量要求。与近红外吸收光谱相比,CH4在中红外波段（7～8μm）吸收强度非常大,约为1.6μm处的几十倍。因此,采用中红外波段吸收光谱测量CH4浓度,可极大提高测量精度。随着量子级联激光器（Quantum Cascade Laser—QCL）成本的逐渐降低,基于QCL-TDLAS的高精度气体检测技术将在未来大气污染、危险气体监测等领域有着广泛的应用前景。本文利用MATLAB软件,结合波长调制技术中的二次谐波理论,对QCL-TDLAS系统中CH4气体浓度测量进行了仿真分析,研究了TDLAS系统的工作原理,并基于弱吸收条件下TDLAS技术中的波长调制法建立了甲烷浓度测量仿真模型,包括光源模块、信号检测模块以及谐波提取模块;分析并确定了甲烷CH4分子近红外和中红外的气体吸收谱线;研究了调制系数对二次谐波信号幅值和宽度的影响及规律,改进了仿真模型中调制系数的选取,确定了最优化调制系数;分别模拟仿真了气体泄露及大气对流层环境下,QCL-TDLAS系统与DFB-TDLAS系统的CH4气体浓度测量过程,并就两个系统的灵敏度等相关参数进行了对比分析;提出了在常温常压环境和对流层环境下QCL-TDLAS系统的灵敏度都远高于DFB-TDLAS系统的结论。
宋芳[10]（2020）在《中红外激光甲烷传感技术研究》文中研究表明近十年内,国内发生煤矿瓦斯事故将近400次,产生了大量的人身伤亡和经济损失。瓦斯气体的主要成分是甲烷,因此实时监测甲烷气体十分必要。同时,甲烷（CH4）是仅次于二氧化碳的温室气体,其浓度持续升高对生态和气候产生了不良的影响。此外,甲烷作为易燃易爆气体,在天然气生产、存储、运输等环节存在安全隐患。因此,无论是在环境科学领域或者是公共安全生产领域,对高精度、高灵敏度的甲烷检测仪的需求都尤为迫切。可调谐二极管激光光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS）技术是一种常见的检测甲烷的方法。它精度高、寿命长、选择性好、响应速度快,不会影响待测气体组分。TDLAS系统中最常用的两种技术是直接激光吸收光谱（Direct LaserAbsorption Spectroscopy,DLAS）技术和波长调制光谱（Wavelength Modulation Spectroscopy,WMS）技术。波长调制光谱技术与锁相放大技术是提高TDLAS系统检测精度的主要技术。本论文研究了一款低功耗、低成本、小体积、基于数字信号处理器（Digital Signal Processor,DSP）的数字正交锁相放大器。采用TMS320F28335作为主控制器,选择高精度低噪声的模数转换器和直接数字频率合成芯片,通过优化电源树,提高了整板电源的效率,降低了系统的功耗。使用该锁相放大器进行气体实验,在积分时间为2s时,该中红外甲烷检测系统的检测灵敏度为13ppbv（parts per billion in volume,十亿分之一体积）。在直接激光吸收光谱技术中,如果激光器驱动器中含有电学噪声,那么这个电学噪声加在激光器的两端,最终就会以光学噪声的形式出现,从而影响测量结果,降低系统的检测精度。因此为了抑制激光器驱动器中的电域噪声,本论文结合递归最小二乘（Recursive Least-Squares,RLS）自适应算法,研究了电域自适应中红外激光甲烷气体传感器。首先基于Matlab平台,对RLS自适应算法进行了仿真,讨论了RLS自适应算法参数的选择准则。然后,将RLS算法与DLAS技术结合,仿真验证了RLS算法在DLAS中的滤波作用。最后进行气体实验,验证算法在实际中的滤波效果。系统采用室温连续的中红外带间级联激光器和碲镉汞探测器,结合多反射气室技术,在无外加噪声的情况下,积分时间为6s时,使用RLS自适应滤波器,检测灵敏度由79 ppbv提高到44ppbv。并且对室内外的甲烷气体进行了实地测量。该传感器响应速度快,精度高,可以应用于安全生产领域。波长调制光谱技术只关注吸收信号在调制频率的各次谐波处的信号大小,所以它能够很好地抑制系统噪声。但是若系统温度漂移、电域或光域引起的噪声频率小于扫描频率（通常为1Hz-20Hz）,此时WMS技术就不能抑制这种噪声。因此,为了减小系统中的慢变噪声对测量结果的影响,采用最小均方（Least-Mean-Square,LMS）自适应算法,研究了波长调制最小均方自适应甲烷传感器。首先讨论了LMS算法的参数对滤波效果的影响。采用室温连续的中红外带间级联激光器和碲镉汞探测器,通过增加一个光路参考通道来感知慢变的系统噪声。在积分时间为1.9s时,使用LMS自适应滤波器,检测灵敏度由25ppbv提高到16ppbv。本文的创新点如下:1、采用DSP作为主控制器,通过优化系统电源树,提高了电源效率,研制出低功耗、小体积的数字锁相放大器,为进一步缩小传感器体积、降低成本奠定了基础。2、为了抑制直接激光吸收光谱技术中激光器驱动器的电域噪声,在中红外甲烷传感器中增加一路电域反馈通道,采用递归最小二乘自适应算法对含噪信号进行滤波处理。随着系统中电域噪声的增大,系统检测灵敏度的提升也会越明显。该技术可以应用于各种红外气体传感领域。3、在中红外甲烷传感器中,提出了一种通过增加参考光路通道抑制系统慢变漂移的方法。通过在激光器的驱动信号中加入慢变的乘性噪声来模拟实际情况,采集参考通道中的噪声信号,结合最小均方自适应算法实现了对慢变噪声的抑制。该技术可以滤除各种统计特性未知的慢变噪声,提高系统的抗干扰性能。
二、二氧化碳激光器的最新研制（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、二氧化碳激光器的最新研制（论文提纲范文）
（1）基于光声光谱技术的多组分气体探测研究进展（论文提纲范文）
| 引言 |
| 1基于光声光谱法的气体探测原理 |
| 2研究进展 |
| 2.1基于可调谐激光器的多组分气体PAS探测技术 |
| 2.1.1基于近红外波段的可调谐半导体激光器的多组分气体探测技术 |
| 2.1.2基于中红外可调谐激光器的PAS多组分气体探测技术 |
| 2.2基于宽谱光源的PAS多组分气体探测技术 |
| 2.2.1基于非相干宽带光源的PAS技术 |
| 2.2.2基于干涉型PAS的多组分气体探测技术 |
| 3 PAS多组分气体探测存在的主要问题 |
| 3.1多组分气体的交叉光谱干扰 |
| 3.2气体分子的吸附-解吸附效应 |
| 4总结与展望 |
（2）应用于TDLAS的新型锁相放大器设计及实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 气体污染对环境及人体的危害 |
| 1.1.2 气体检测方法 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 论文主要研究内容及结构 |
| 2 气体检测及锁相放大基本原理 |
| 2.1 气体吸收光谱理论 |
| 2.1.1 分子光谱理论 |
| 2.1.2 Lambert-Beer定理 |
| 2.2 波长调制与谐波检测基本原理 |
| 2.3 锁相放大器基本原理 |
| 2.4 谐波提取的仿真研究 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 基于新型锁相放大器的TDLAS系统方案及硬件电路设计 |
| 3.1 系统方案 |
| 3.2 FPGA最小系统 |
| 3.3 激光器驱动模块设计 |
| 3.3.1 激光器电流控制模块 |
| 3.3.2 激光器温度驱动模块 |
| 3.4 光电转换模块设计 |
| 3.5 锁相放大模块设计 |
| 3.5.1 相敏检波电路设计 |
| 3.5.2 低通滤波器电路设计 |
| 3.6 印刷电路板的焊接调试 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 信号产生软件设计 |
| 4.1 信号产生软件设计 |
| 4.1.1 DDS技术基本原理 |
| 4.1.2 软件设计 |
| 4.2 信号产生模块电路设计 |
| 4.2.1 扫描信号与调制信号的产生 |
| 4.2.2 参考信号的产生 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 气体浓度探测实验及分析 |
| 5.1 甲烷分子的红外谱线及选择 |
| 5.2 检测光路模块设计 |
| 5.3 锁相放大器的测试 |
| 5.4 TDLAS气体检测系统搭建及实验分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间主要研究成果 |
（3）航空发动机涡轮叶片温度及燃气浓度反演研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景及意义 |
| 1.2 涡轮叶片温度测量研究进展 |
| 1.2.1 涡轮叶片接触式测温法 |
| 1.2.2 涡轮叶片非接触式测温技术 |
| 1.3 航空发动机高温燃气浓度测量研究进展 |
| 1.3.1 化学测量方法 |
| 1.3.2 光学测量方法 |
| 1.4 论文主要研究内容和结构安排 |
| 1.4.1 论文工作的主要内容 |
| 1.4.2 论文的结构安排 |
| 第2章 涡轮叶片温度反演算法研究 |
| 2.1 涡轮叶片辐射测温算法 |
| 2.1.1 全辐射测温法 |
| 2.1.2 亮度测温法 |
| 2.1.3 比色测温法 |
| 2.1.4 多光谱辐射测温法 |
| 2.2 窄带谱窗移动多光谱测温算法原理 |
| 2.2.1 涡轮叶片辐射建模 |
| 2.2.2 窄带谱窗移动多光谱测温算法 |
| 2.3 窄带谱窗移动多光谱测温算法理论仿真计算 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 高温燃气浓度反演算法研究 |
| 3.1 气体光谱理论 |
| 3.1.1 气体分子吸收光谱理论 |
| 3.1.2 气体光谱数据库选择 |
| 3.2 航空发动机燃气光谱分析 |
| 3.2.1 航空发动机高温燃气成分分析 |
| 3.2.2 比尔-朗伯定律 |
| 3.2.3 航空发动机燃气红外光谱特征分析 |
| 3.3 被动式航空发动机高温燃气浓度测量算法研究 |
| 3.3.1 航空发动机高温燃气辐射传输建模 |
| 3.3.2 被动式高温燃气浓度反演算法 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 窄带谱窗移动光谱测温算法实验验证 |
| 4.1 温度测量实验平台搭建 |
| 4.1.1 合金样品温度测量实验平台搭建 |
| 4.1.2 合金样品的制备与测试 |
| 4.2 光谱测量系统的标定 |
| 4.2.1 两点光谱标定法 |
| 4.2.2 多点光谱标定法 |
| 4.2.3 光谱测量探针辐射标定 |
| 4.3 合金样品发射率测量 |
| 4.3.1 发射率测量原理 |
| 4.3.2 不同粗糙度合金样品发射率测量 |
| 4.3.3 不同材料合金样品发射率分布测量 |
| 4.4 温度测量实验 |
| 4.4.1 不同粗糙度合金样品的温度测量实验 |
| 4.4.2 不同材料合金样品的温度测量实验 |
| 4.4.3 高温合金样品温度场重构 |
| 4.5 小结 |
| 第5章 被动式高温气体浓度测量算法实验验证 |
| 5.1 二氧化碳浓度测量实验平台搭建 |
| 5.1.1 高温气体池结构设计 |
| 5.1.2 测量系统主要器件选型 |
| 5.2 二氧化碳浓度测量实验 |
| 5.2.1 浓度测量系统 |
| 5.2.2 CO_2/N_2混合气体浓度测量 |
| 5.3 光谱测量系统性能评估 |
| 5.3.1 噪声等效辐射亮度评估 |
| 5.3.2 噪声等效柱浓度的评估 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 创新性 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）小型开路式激光气体分析仪研制及涡动相关通量观测应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 用于涡动相关法的气体分析技术概述 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 温室气体排放通量测量方法 |
| 2.1 箱体法 |
| 2.2 微气象学法 |
| 2.3 激光吸收光谱原理 |
| 2.3.1 吸收光谱原理 |
| 2.3.2 激光吸收光谱技术实现方法 |
| 2.3.2.1 直接吸收光谱技术 |
| 2.3.2.2 波长调制光谱技术 |
| 2.3.2.3 导数吸收光谱技术 |
| 2.3.3 三种光谱技术对比 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 小型开路式激光气体分析仪研制 |
| 3.1 测量系统整体方案设计 |
| 3.2 谱线选取 |
| 3.2.1 HITRAN光谱数据库 |
| 3.2.2 目标气体分子吸收谱线选取 |
| 3.3 关键光电元器件选型 |
| 3.4 小型化电子学系统设计 |
| 3.4.1 电源电路设计 |
| 3.4.2 激光器波长控制模块设计 |
| 3.4.3 微弱信号检测模块设计 |
| 3.4.4 高速信号采集处理模块设计 |
| 3.4.5 嵌入式光谱处理算法 |
| 3.4.6 数据存储及传输模块设计 |
| 3.5 光机结构设计 |
| 3.6 系统集成及性能分析 |
| 3.6.1 系统标定及相关性分析 |
| 3.6.2 系统检测限分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 涡动相关通量观测应用 |
| 4.1 涡动相关测量系统组成 |
| 4.2 数据处理方法 |
| 4.2.1 数据预处理 |
| 4.2.2 通量计算 |
| 4.2.2.1 二次坐标旋转 |
| 4.2.2.2 样本时间长度选取 |
| 4.2.2.3 观测频率选取 |
| 4.2.3 数据质量控制 |
| 4.3 应用示范 |
| 4.4 同步数据获取 |
| 4.5 数据对比分析 |
| 4.5.1 气体浓度准确性对比分析 |
| 4.5.2 功率谱密度分析 |
| 4.5.3 通量测量结果对比分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 总结 |
| 5.1 论文总结 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（5）基于FPGA的数字正交锁相放大器研制及气体检测应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 论文的主要研究内容 |
| 1.4 本章小结 |
| 第二章 锁相放大器原理和气体检测理论分析 |
| 2.1 相关检测原理 |
| 2.1.1 自相关检测 |
| 2.1.2 互相关检测 |
| 2.2 锁相放大器原理 |
| 2.2.1 传统锁相放大器 |
| 2.2.2 正交锁相放大器 |
| 2.3 红外光谱吸收原理 |
| 2.3.1 分子光谱 |
| 2.3.2 红外吸收条件 |
| 2.3.3 朗伯-比尔定律 |
| 2.4 TDLAS技术原理 |
| 2.4.1 直接吸收光谱(DAS)技术 |
| 2.4.2 波长调制光谱(WMS)技术 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于FPGA的数字正交锁相放大器算法设计 |
| 3.1 Quartus II及 Modelsim简介 |
| 3.2 系统设计 |
| 3.3 正交锁相放大器程序设计介绍 |
| 3.3.1 参考信号发生模块设计 |
| 3.3.2 倍频和相移模块设计 |
| 3.3.3 数字低通滤波器设计 |
| 3.4 激光器驱动模块及数据采集模块程序设计 |
| 3.4.1 低频扫描和高频调制信号算法设计 |
| 3.4.2 A/D和D/A驱动程序设计 |
| 3.5 待测气体吸收信号建模及锁相放大器功能验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 硬件电路设计 |
| 4.1 基于FPGA的主控板设计 |
| 4.1.1 电路整体结构设计 |
| 4.1.2 电源电路 |
| 4.1.3 JTAG下载电路 |
| 4.1.4 USB转串口电路 |
| 4.1.5 PCB设计和电路板制作 |
| 4.2 激光器驱动模块硬件设计 |
| 4.2.1 电路整体结构设计 |
| 4.2.2 低频扫描信号产生电路 |
| 4.2.3 高频调制信号产生电路 |
| 4.2.4 波形叠加电路 |
| 4.2.5 PCB设计、实物图及功能验证 |
| 4.3 数据采集模块硬件设计 |
| 4.3.1 电路整体结构设计 |
| 4.3.2 电源电路 |
| 4.3.3 A/D模数转换电路 |
| 4.3.4 D/A数模转换电路 |
| 4.3.5 PCB设计、实物图及功能验证 |
| 4.4 系统整体功能测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 红外吸收甲烷气体实验 |
| 5.1 甲烷吸收谱线选择 |
| 5.2 实验系统与准备工作 |
| 5.3 甲烷检测实验 |
| 5.3.1 系统浓度标定 |
| 5.3.2 稳定性分析和Allan方差计算 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及研究成果 |
| 致谢 |
（6）单光子探测自由空间分布式光谱遥感技术（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 意义和背景 |
| 1.1.1 辐射收支平衡 |
| 1.1.2 主要温室气体 |
| 1.1.3 精确CO_2控制对碳中和的意义 |
| 1.2 气体光谱遥感技术发展 |
| 1.2.1 被动探测 |
| 1.2.2 主动探测 |
| 1.3 选题意义和本文组织结构 |
| 1.3.1 选题意义 |
| 1.3.2 本文组织结构 |
| 第2章 自由空间光谱遥感的原理与设计 |
| 2.1 近红外吸收光谱 |
| 2.1.1 分子的光谱 |
| 2.1.2 光谱的线强度和展宽 |
| 2.2 激光雷达用于光谱分析的原理 |
| 2.2.1 激光与大气作用机制 |
| 2.2.2 激光雷达方程 |
| 2.2.3 浓度反演方法 |
| 2.3 基于频率锁定的光谱扫描技术 |
| 2.3.1 气体腔锁定 |
| 2.3.2 飞秒光梳锁定 |
| 2.3.3 基于光梳参考的频率锁定设计 |
| 2.4 单光子探测技术 |
| 2.4.1 单光子探测的介绍 |
| 2.4.2 基于单光子探测的信噪比提升 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 自由空间光谱遥感的模拟 |
| 3.1 吸收谱线的选择 |
| 3.1.1 气体干涉的影响 |
| 3.1.2 光学深度的影响 |
| 3.1.3 温度敏感性的影响 |
| 3.1.4 1.5μm吸收光谱的优势分析 |
| 3.2 自由空间光谱遥感的可行性分析 |
| 3.2.1 激光雷达信号模拟 |
| 3.2.2 降噪模拟 |
| 3.2.3 面积法和查表法反演对比 |
| 3.2.4 非均匀浓度反演模拟 |
| 3.3 基于浓度反演的讨论 |
| 3.3.1 拟合模型的选择 |
| 3.3.2 混合光谱模拟 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 距离分辨的光谱遥感实验 |
| 4.1 发射系统 |
| 4.1.1 探测光和参考光的时分复用技术 |
| 4.1.2 实时校准技术 |
| 4.1.3 光源搭建 |
| 4.2 频率锁定系统 |
| 4.2.1 频梳重频和偏频的锁定 |
| 4.2.2 拍频反馈设计 |
| 4.2.3 自适应频率扫描与锁定 |
| 4.2.4 锁定结果 |
| 4.3 接收系统及数据处理 |
| 4.3.1 超导探测器 |
| 4.3.2 数据接收系统 |
| 4.3.3 数据处理流程 |
| 4.4 光学深度光谱分析 |
| 4.4.1 Lorentz和Voigt拟合的影响 |
| 4.4.2 频率扫描间隔的影响 |
| 4.4.3 频率锁定与不锁定的影响 |
| 4.4.4 不同季节的光谱分析 |
| 4.5 浓度结果分析 |
| 4.5.1 误差分析 |
| 4.5.2 地表浓度与湍流强度的耦合关系 |
| 4.6 讨论 |
| 4.6.1 其他气体光谱遥感的可行性讨论 |
| 4.6.2 大气温度遥感的可行性讨论 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 总结和展望 |
| 5.1 创新点总结 |
| 5.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（7）基于离轴积分腔光谱大气CO2和CH4高精度测量技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 研究背景与意义 |
| 1.1 大气温室气体 |
| 1.1.1 CO_2的来源及影响 |
| 1.1.2 CH_4的来源及影响 |
| 1.1.3 大气CO_2和CH_4的观测发展历程 |
| 1.2 CO_2和CH_4的原位测量技术 |
| 1.2.1 气相色谱法 |
| 1.2.2 非分散红外光谱法 |
| 1.2.3 激光吸收光谱技术 |
| 1.3 研究目标和主要工作内容 |
| 第二章 积分腔输出光谱技术原理 |
| 2.1 吸收光谱基本原理 |
| 2.1.1 Beer-Lambert定律 |
| 2.1.2 谱线线型 |
| 2.2 波长调制光谱技术 |
| 2.2.1 波长调制理论 |
| 2.2.2 压力校准模型 |
| 2.3 积分腔输出光谱的理论研究 |
| 2.3.1 光学谐振腔理论 |
| 2.3.2 积分腔输出光谱理论 |
| 2.3.3 积分腔的腔模结构 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 Dual-OA-ICOS测量系统设计 |
| 3.1 吸收光谱线的选择 |
| 3.2 双路光学结构设计 |
| 3.3 时分复用方法 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 Dual-OA-ICOS测量系统优化和实现 |
| 4.1 Dual-OA-ICOS测量系统中的噪声分析 |
| 4.1.1 探测器噪声 |
| 4.1.2 激光过量噪声 |
| 4.1.3 干涉条纹 |
| 4.1.4 腔模式噪声 |
| 4.2 Dual-OA-ICOS测量系统中的滤波算法 |
| 4.2.1 浓度滤波算法 |
| 4.2.2 光谱信号滤波算法 |
| 4.3 激光器波长锁定方法 |
| 4.4 噪声源对系统的性能提升分析 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 Dual-OA-ICOS样机的集成和应用 |
| 5.1 Dual-OA-ICOS样机的集成原理图 |
| 5.2 基于Dual-OA-ICOS样机的标定实验 |
| 5.3 基于Dual-OA-ICOS样机的稳定性实验 |
| 5.3.1 样机温度和压力的稳定性分析 |
| 5.3.2 样机测量CO_2和CH_4的稳定性分析 |
| 5.4 基于Dual-OA-ICOS样机的比较实验分析 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 下一步工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果 |
（8）煤自燃过程特性及防治技术研究进展（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 煤自燃过程机理及特性 |
| 1.1 煤自燃低温氧化过程机制 |
| 1.1.1 煤自燃低温氧化过程的研究方法 |
| 1.1.2 煤自燃的活性结构基团及反应机理 |
| 1.1.3 煤自燃气体产物生成的多链反应路径 |
| 1.1.4 煤自燃的分段过程机制 |
| 1.2 煤自燃过程特性 |
| 1.2.1 煤自燃过程测试及自燃倾向性 |
| 1.2.2 煤自燃的分段特性 |
| 1.3 特殊条件下煤自燃特性 |
| 1.3.1 浸水过程对煤体结构及自燃特性的影响 |
| 1.3.2 火成岩侵入对煤体结构及自燃特性的影响 |
| 2 煤自燃监测预警技术 |
| 2.1 煤自燃标志性气体定量测定 |
| 2.2 煤自燃特征温度光纤监测 |
| 3 煤自燃防治技术 |
| 3.1 煤自燃复合阻化技术 |
| 3.2 三相阻化泡沫防灭火技术 |
| 3.2.1 三相阻化泡沫阻化煤自燃机理 |
| 3.2.2 三相阻化泡沫产生机理 |
| 3.2.3 三相阻化泡沫产生装置及制备流程 |
| 3.2.4 三相阻化泡沫防灭火特性及应用效果 |
| 3.3 凝胶泡沫防灭火技术 |
| 3.3.1 凝胶泡沫形成机理 |
| 3.3.2 凝胶泡沫制备系统及工艺流程 |
| 3.3.3 凝胶泡沫技术防灭火特性 |
| 3.3.4 凝胶泡沫应用效果 |
| 3.4 无机固化泡沫防灭火技术 |
| 3.4.1 无机固化泡沫凝结固化机理 |
| 3.4.2 无机固化泡沫制备系统和应用工艺 |
| 3.4.3 无机固化泡沫堵漏防灭火特性及现场应用 |
| 3.5 稠化砂浆防灭火技术 |
| 3.5.1 KDC型稠化剂悬砂原理 |
| 3.5.2 稠化砂浆的制备及灌注工艺 |
| 3.5.3 稠化砂浆应用效果 |
| 3.6 液氮(二氧化碳)防灭火技术 |
| 3.6.1 液氮(二氧化碳)防灭火原理 |
| 3.6.2 液氮(二氧化碳)防灭火工艺 |
| 3.6.3 液氮(二氧化碳)技术现场应用效果 |
| 4 我国煤矿煤自燃防治研究展望 |
（9）基于中红外激光吸收光谱的CH4浓度测量仿真与分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 现有气体检测方法概述 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容与结构 |
| 第二章 波长调制技术理论基础 |
| 2.1 TDLAS测量原理 |
| 2.2 谱线特征参数 |
| 2.2.1 线强度 |
| 2.2.2 线型函数 |
| 2.3 TDLAS测量方法 |
| 2.3.1 直接吸收法 |
| 2.3.2 波长调制法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 仿真环境与谱线选取 |
| 3.1 MATLAB仿真环境 |
| 3.2 谱线选取 |
| 3.2.1 HITRAN数据库 |
| 3.2.2 CH_4气体分子吸收光谱 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 MTALAB仿真系统的建立 |
| 4.1 常温常压环境仿真系统的建立 |
| 4.1.1 光源模块 |
| 4.1.2 气室模块 |
| 4.1.3 谐波提取模块 |
| 4.1.4 显示模块 |
| 4.2 对流层环境仿真系统的建立 |
| 4.2.1 光源模块 |
| 4.2.2 气室模块 |
| 4.2.3 谐波提取 |
| 4.2.4 显示模块 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 甲烷浓度测量仿真分析 |
| 5.1 调制系数的选取 |
| 5.1.1 调制系数与二次谐波幅值和宽度的关系 |
| 5.2 常温常压CH_4浓度测量仿真分析 |
| 5.3 对流层CH_4浓度测量仿真分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果 |
| 作者简介 |
| 致谢 |
（10）中红外激光甲烷传感技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的来源及意义 |
| 1.2 甲烷传感器的分类 |
| 1.2.1 电化学甲烷传感器 |
| 1.2.2 半导体型甲烷传感器 |
| 1.2.3 气相色谱型甲烷分析仪 |
| 1.2.4 催化燃烧式甲烷传感器 |
| 1.2.5 电声甲烷传感器 |
| 1.2.6 光谱型甲烷传感器 |
| 1.3 红外甲烷传感器的分类 |
| 1.3.1 非分光型红外甲烷传感器 |
| 1.3.2 基于光声光谱技术的甲烷传感器 |
| 1.3.3 基于光腔衰荡技术的甲烷传感器 |
| 1.3.4 基于腔增强吸收光谱技术的甲烷传感器 |
| 1.3.5 基于可调谐二极管激光光谱技术的甲烷传感器 |
| 1.4 基于TDLAS技术的甲烷传感器国内外研究现状 |
| 1.4.1 基于TDLAS技术的甲烷传感器的国外研究现状 |
| 1.4.2 基于TDLAS技术的甲烷传感器的国内研究现状 |
| 1.4.3 红外气体传感器中的滤波算法国内外研究现状 |
| 1.5 本论文主要的研究内容与创新点 |
| 1.5.1 本论文主要的研究内容 |
| 1.5.2 本论文的创新点 |
| 1.6 本章小结 |
| 第2章 中红外激光甲烷气体传感技术检测原理 |
| 2.1 分子红外光谱理论 |
| 2.2 朗伯比尔定律 |
| 2.3 激光甲烷气体传感器中激光器的选择 |
| 2.4 激光甲烷气体传感器中探测器的选择 |
| 2.5 激光甲烷气体传感器中多反射气室的选择 |
| 2.6 基于TDLAS技术的甲烷传感器中的关键技术 |
| 2.6.1 直接激光吸收光谱技术 |
| 2.6.2 波长调制光谱技术 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 数字正交锁相放大器的研制与应用 |
| 3.1 数字锁相放大器的原理 |
| 3.2 基于DSP的数字正交锁相放大器 |
| 3.2.1 硬件设计整体方案 |
| 3.2.2 软件设计 |
| 3.2.3 上位机软件的设计 |
| 3.3 基于Lab VIEW的数字锁相放大器 |
| 3.3.1 信号处理系统框图 |
| 3.3.2 模块化及UI设计 |
| 3.4 基于DLIA的甲烷传感器系统设计 |
| 3.5 气体实验 |
| 3.5.1 DSP-DLIA系统标定 |
| 3.5.2 DSP-DLIA系统稳定性 |
| 3.5.3 DSP-DLIA系统响应时间 |
| 3.5.4 Lab VIEW-DLIA系统标定 |
| 3.5.5 Lab VIEW-DLIA系统稳定性 |
| 3.5.6 Lab VIEW-DLIA系统响应时间 |
| 3.5.7 基于两种DLIA甲烷传感器的长期气体实验 |
| 3.6 两种DLIA的对比讨论 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 基于自适应滤波的直接吸收光谱甲烷传感技术 |
| 4.1 递归最小二乘(RLS)自适应算法 |
| 4.1.1 RLS自适应算法的原理 |
| 4.1.2 RLS自适应算法的在DLAS系统中的仿真 |
| 4.2 基于DLAS技术的电域自适应甲烷传感器结构设计 |
| 4.2.1 甲烷谱线的选择 |
| 4.2.2 带间级联激光器 |
| 4.2.3 碲镉汞探测器 |
| 4.2.4 基于Lab VIEW的 RLS算法处理平台 |
| 4.2.5 系统结构框图 |
| 4.3 实际滤波效果 |
| 4.4 配气和标定 |
| 4.5 响应时间 |
| 4.6 稳定性测试 |
| 4.7 校园内的甲烷检测 |
| 4.7.1 室内甲烷气体的检测 |
| 4.7.2 室外甲烷气体的检测 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 基于自适应滤波的波长调制光谱甲烷传感技术 |
| 5.1 最小均方(LMS)自适应算法 |
| 5.1.1 LMS自适应算法的原理 |
| 5.1.2 LMS算法在波长调制光谱技术中的仿真 |
| 5.1.3 LMS算法在慢变噪声情况下的仿真 |
| 5.2 基于慢变噪声环境的自适应甲烷传感器结构设计 |
| 5.2.1 系统结构设计 |
| 5.2.2 参考气室设计 |
| 5.2.3 基于Lab VIEW的 LMS信号处理平台 |
| 5.3 配气和标定 |
| 5.4 实际滤波效果 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 主要研究内容与结论 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 下一步工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
| 致谢 |
四、二氧化碳激光器的最新研制（论文参考文献）
- [1]基于光声光谱技术的多组分气体探测研究进展[J]. 邵晓鹏,张乐,刘丽娴,尹旭坤,章学仕,苏永亮. 数据采集与处理, 2021(05)
- [2]应用于TDLAS的新型锁相放大器设计及实现[D]. 胡锦源. 西安理工大学, 2021(01)
- [3]航空发动机涡轮叶片温度及燃气浓度反演研究[D]. 赵莹泽. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(01)
- [4]小型开路式激光气体分析仪研制及涡动相关通量观测应用[D]. 李明星. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [5]基于FPGA的数字正交锁相放大器研制及气体检测应用[D]. 陈稳稳. 吉林大学, 2021(01)
- [6]单光子探测自由空间分布式光谱遥感技术[D]. 余赛芬. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [7]基于离轴积分腔光谱大气CO2和CH4高精度测量技术研究[D]. 王坤阳. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [8]煤自燃过程特性及防治技术研究进展[J]. 秦波涛,仲晓星,王德明,辛海会,史全林. 煤炭科学技术, 2021(01)
- [9]基于中红外激光吸收光谱的CH4浓度测量仿真与分析[D]. 王志敏. 河北地质大学, 2020(05)
- [10]中红外激光甲烷传感技术研究[D]. 宋芳. 吉林大学, 2020(01)