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应用紫外差分吸收光谱技术的烟道污染气体在线监测系统

作　者: 汤海涛
导　师: 虞启琏
学　校: 天津大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 差分吸收光谱 烟道气体 光电二极管阵列 浓度反演
分类号: X831
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要


随着工业的发展环境污染问题变得愈发严重,保护环境实现可持续发展成为新世纪中经济发展的主题。烟道污染源排放的在线连续监测是解决固定污染源治理问题的有效途径。本研究将紫外差分吸收光谱(DOAS)技术引入烟道污染气体的测量和分析中,解决了工业现场环境以及高温、高压、高浓度、高粉尘的烟道环境对烟道气体监测带来的影响。本研究从差分吸收光谱技术的原理在烟道污染源排放在线连续监测系统中的应用着手,分析了DOAS方法的原理和污染气体浓度测量的实现,介绍了整个监测系统的光学、机械、电子学和软件等方面的设计,重点阐述了多道光电二极管阵列(PDA)光谱仪的结构、原理及性能。在论述利用DOAS技术浓度反演的方法中,从差分算法原理,利用仪器函数对标准吸收截面的处理,平移、拉伸等对光谱波长的校正,多元线性回归模型和最小二乘法拟合的应用以及分析光谱剩余结构的影响等方面加以阐述。针对烟道中高温、高气体浓度的现状提出了非线性变化对测量结果的影响和校正的经验公式。在理论研究的基础上,模拟烟道环境,应用标准气体,检验了烟气在线监测系统的性能,证明了该系统对气体浓度测量的准确性和稳定性,具备了实际应用的能力。结果显示DOAS方法在烟气检测上有广泛前景,本文的研究工作扩展了DOAS技术应用的领域,能够为改变我国环境污染检测现状提供有益的技术支持。

全文目录


第一章 引言  7-17
  1.1 烟道中的主要污染气体  7-10
    1.1.1 二氧化硫(SO_2 )  8
    1.1.2 氮氧化物(NO_x )  8-9
    1.1.3 碳氧化物(CO_x )  9
    1.1.4 烟尘  9-10
  1.2 现有烟气在线检测方法  10-15
    1.2.1 化学方法  10-11
    1.2.2 抽取式在线监测  11-13
    1.2.3 插入式在线连续监测系统  13
    1.2.4 现有烟气监测方法的比较  13-15
  1.3 本课题的研究目的和意义  15
  1.4 本文内容  15-17
第二章 DOAS 烟道污染气体在线监测系统  17-29
  2.1 测量系统的工作原理  17-20
  2.2 DOAS 烟气污染气体在线监测系统的各主要组成部分  20-28
    2.2.1 系统的光学和机械设计  21-23
    2.2.2 系统的电子学设计  23-25
    2.2.3 系统的软件设计  25-28
  2.3 小结  28-29
第三章 DOAS 应用中光电二极管阵列光谱仪  29-38
  3.1 S3923 的结构与工作原理  29-34
    3.1.1 S3923 的结构及光谱特性  29-31
    3.1.2 S3923 的驱动电路和数据采集电路  31-34
  3.2 PDA 多道光谱仪的结构和性能  34-37
  3.3 小结  37-38
第四章 DOAS 的原理和数据处理方法  38-55
  4.1 分子吸收光谱概述  38-41
    4.1.1 转动光谱  39
    4.1.2 振动光谱  39
    4.1.3 电子光谱  39-41
  4.2 差分光学吸收技术原理  41-50
    4.2.1 DOAS 反演算法  42-45
    4.2.2 对标准吸收截面的处理  45-46
    4.2.3 光谱波长的校正  46-48
    4.2.4 多元线性回归模型和最小二乘法拟合  48-49
    4.2.5 光谱剩余结构的影响  49-50
  4.3 温度和非线性对光谱的影响  50-53
  4.4 误差分析  53-54
    4.4.1 实验误差  53
    4.4.2 系统误差  53
    4.4.3 噪声和干扰  53-54
    4.4.4 算法误差  54
  4.5 小结  54-55
第五章 系统检测和实验测量  55-64
  5.1 系统的检测和性能  55-57
    5.1.1 检测内容  55
    5.1.2 检测原理  55-56
    5.1.3 检测的过程和结果  56-57
  5.2 烟气参数测定  57-60
    5.2.1 烟气温度和水分含量测定  57-58
    5.2.2 烟气中氧含量的测定  58-59
    5.2.3 烟气流速、流量的测定  59
    5.2.4 颗粒物和气态污染气体浓度和排放率的计算  59-60
  5.3 实验记录  60-63
  5.4 小结  63-64
第六章 总结和展望  64-66
参考文献  66-68
发表论文和科研情况说明  68-69
致谢  69

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境质量评价与环境监测 > 环境监测 > 大气监测
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