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基于数字控制模块的工业有毒气体在线监测仪

On-line Monitoring of Industrial Toxic Gases with a Digital-Control Module

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摘要

以HF气体检测为例,简要介绍了基于数字式控制模块的可调谐半导体激光吸收光谱学方法的工业气体分析技术。为了降低噪声干扰对系统监测的影响,针对工业现场环境,设计完成了集数字信号发生器,数字锁相放大器和数据采集卡与预处理等多重功能的数字式控制模块,替代了先前系统所采用的模拟单板结构和系统转接板等孤立单元。同时,为了降低系统因环境温度变化和其它干扰等因素带来的中心吸收波长漂移对最小二乘法应用的影响,采用信号相关方法实时锁定与调整激光器输出波长在待测气体吸收线中心位置,完成对浓度的实时计算。测试结果证明采用数字控制模块和数字处理方法在系统体积、成本以及灵敏度、稳定性和降低信号畸变等方面都对仪器的整体性能有较大的改善。

Abstract

An online gas analyzer with taking HF gas detection as an example based on tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) technique is presented. In order to eliminate or at least reduce the measurement uncertainty and gain high reliability, a close-circle digital-control module (D-CM) with functions of digital signal generator, digital lock-in-amplifier, data acquisition and data preprocessing have been developed to substitute the multi-independent analog boards in our previous system. Meanwhile, the signal correlation method is used to lock the absorption wavelength to reduce the effects of the ambient temperature and other factors. Utilizing the digital-control module and the digital signal processing techniques in the field tests, the sensitivity and stability of the TDLAS system have been greatly improved. Furthermore, smaller volume, lower cost and weaker signal distortion are achieved.

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补充资料

中图分类号:O433.1

DOI:10.3788/aos201131.s100304

所属栏目:集成光学

基金项目:国家863计划(2007AA06Z420)资助课题。

收稿日期:2010-08-02

修改稿日期:2010-10-27

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

张志荣:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
董凤忠:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
王煜:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
庞涛:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
吴边中国科学院安徽光学精密机械研究所
安徽省光子器件与材料重点实验室:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
安徽 合肥 230031:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
涂郭结:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
夏滑:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
倪志波:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
杨阳
徐明明

联系人作者:张志荣(zhangzr@aiofm.ac.cn)

备注:张志荣(1981—),男,博士研究生,主要从事环境光学监测新技术方面的研究。

【1】M. Lackner. Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) in the process industries-a review[J]. Rev. Chem. Eng., 2007, 23(2): 65~147

【2】P. A. Martin. Near-infrared diode laser spectroscopy in chemical process and environmental air monitoring[J]. Chem. Soc. Rev., 2002, 31(4): 201~210

【3】Dong Fengzhong, Liu Wenqing, Liu Jianguo et al.. On-line roadside vehicle emissions monitoring (Part 1)[J]. J. Test And Measurement Technology, 2005, 19(2): 119~127
董凤忠, 刘文清, 刘建国 等. 机动车尾汽的道边在线实时监测(上)[J]. 测试技术学报, 2005, 19(2): 119~127

【4】Dong Fengzhong, Liu Wenqing, Liu Jianguo et al.. On-line roadside vehicle emissions monitoring (Part 2)[J]. J. Test And Measurement Technology, 2005, 19(3): 237~244
董凤忠, 刘文清, 刘建国 等. 机动车尾汽的道边在线实时监测(下)[J]. 测试技术学报, 2005, 19(3): 119~127

【5】R. T. Wainner, B. D. Green, M. G. Allen et al.. Handheld, battery-powered near-IR TDL sensor for stand-off detection of gas and vapor plumes[J]. Appl. Phys. B, 2002, 75(2~3): 249~254

【6】T. Iseki, H. Tai, K. Kimura. A portable remote methane sensor using a tunable diode laser[J]. Meas. Sci. Technol., 2000, 11: 594~602

【7】Zhang Zhirong, Dong Fengzhong, Xia Hua et al.. High sensitive monitoring of carbon monoxide in industry flue gases using tunable diode lasers[C]. SPIE, 2009, 7382: 73823~2

【8】Xia Hua, Dong Fengzhong, Tu Guojie et al.. High sensitive detection of carbon monoxide based on novel multi-pass cell[J]. Acta Optica Sinica, 2010, 30(9): 2596~2601
夏滑, 董凤忠, 涂郭结 等. 基于新型长光程多次反射池的CO高灵敏度检测[J]. 光学学报, 2010, 30(9): 2596~2601

【9】J. Reid, D. Labrie. Second harmonic detection with tunable diode laser: comparison of experiment and theory[J]. Appl. Phys.B, 1981, 26(3): 203~210

【10】Zhang Zhirong, Dong Fengzhong, Tu Guojie et al.. Selection of digital filtering techniques in trace gas concentration detection with a tunable diode laser absorption spectroscopy[J]. J. Optoelectronics·Laser. 2010, 21(11): 1672~1676
张志荣, 董凤忠, 涂郭结 等. 可调谐激光痕量气体检测中的数字滤波技术的优选[J]. 光电子·激光,2010, 21(11): 1672~1676

【11】P. Werle, R. Mucke, F. Slemr. The limits of signal averaging in atmospheric trace-gas monitoring by tunable diode-laser absorption spectroscopy (TDLAS)[J]. Appl. Phys. B, 1993, 57(2): 131~139

引用该论文

Zhang Zhirong,Dong Fengzhong,Wang Yu,Pang Tao,Wu Bian,Tu Guojie,Xia Hua,Ni Zhibo,Yang Yang,Xu Mingming. On-line Monitoring of Industrial Toxic Gases with a Digital-Control Module[J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(s1): s100304

张志荣,董凤忠,王煜,庞涛,吴边中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031,涂郭结,夏滑,倪志波,杨阳,徐明明. 基于数字控制模块的工业有毒气体在线监测仪[J]. 光学学报, 2011, 31(s1): s100304

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