利用LED检测甲烷浓度的实验研究

【摘要】：一方面，甲烷是大气中碳氢化合物的主要成分，约占其总量的85%-95%，在全球范围进行连续监测的大气气体中，它一直占有优先的地位。另一方面，随着世界各国大力发展石油-天然气工业以及煤炭工业，与甲烷泄漏相关的事故也日益增加。所以，各种测量甲烷浓度的方法也应运而生，本文介绍如何利用LED测量甲烷浓度，从而提供了一种价格比较低廉的测量方法。 本论文分为理论和实验两个部分，理论部分着重讨论了在各种模式下谱带吸收系数的计算、探测气体浓度的常用方法。实验部分里用了一种近似于差分吸收方法的技术对甲烷和空气的混合气体进行了测量，并将计算结果与甲烷实际的浓度进行了比较，得到了比较理想的实验结果 我们知道，当一束光经过吸收气体后，其光强由 变为 如果再让这束光经过标准具，其出射光强为 现在我们调节F-P的腔长，使标准具的透过率曲线在一定的波数范围内扫描，当腔长为 时，出射光强最小为 WP=108 当腔长调到 时，光强最大为 则 整理得 所以，通过测量 和 ，我们就可以计算出待测甲烷气体的浓度。实验的结构图如下 图1 实验装置图 WP=109 在实验中我们测量了甲烷浓度为10%, 5%, 2%, 1%, 0.5%下的甲烷和空气的混合物，分析了实验误差，进行了参数设置，从而得到了较好的测量结果。图2为计算结果与甲烷实际浓度的比较。 图2. 甲烷浓度C与 的关系图，直线为理论计算值，圆形图标为U型计测得的甲烷浓度。 【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：X831
【目录】：

• 前言7-9
• 第一章 红外辐射的传输9-39
• 1.1 大气的结构和性质9-12
• 1.1.1 大气的组成及其分布9-11
• 1.1.2 大气的温度和压强分布11-12
• 1.2 大气吸收衰减的计算12-37
• 1.2.1 大气组分红外吸收光谱及其特征12-14
• 1.2.2 分子吸收的模型计算法14-35
• 1.2.3 分子吸收的逐线计算法35-37
• 1.3 其他效应对辐射传输的影响37-39
• 第二章 探测气体浓度的常用方法39-52
• 2.1 光谱遥感测量的原理39-40
• 2.2 傅氏变换红外光谱吸收技术40-42
• 2.3 差分光学吸收光谱技术42-45
• 2.4 激光长程吸收45-49
• 2.5 差分吸收激光雷达49-52
• 第三章 分子光谱52-68
• 3.1 分子的转动光谱53-58
• 3.2 分子的振动光谱58-60
• 3.3 振动-转动光谱60-66
• 3.4 甲烷的光谱66-68
• 第四章 实验仪器的基础知识68-86
• 4.1 锁相放大器68-74
• 4.2 法布里-珀罗标准具74-81
• 4.3 真空系统81-86
• 第五章 实验方案及数据86-104
• 5.1 实验方案86-295
• 5.2 实验方案295-104
• 参考文献104-106
• 论文总结106-107
• 中文摘要107-110
• 英文摘要110-114
• 发表论文情况114-115
• 致谢115

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