基于液芯光纤的甲烷拉曼检测关键技术研究

【摘要】： 本文来源于国家海洋领域863课题“天然气水合物原位地球化学探测系统”。 海底天然气水合物是迄今所知的最具价值的海底能源,现在对天然气水合物的勘察有多种方法,对水中游离态甲烷的检测是其中的一种。但是由于水中游离态甲烷含量较少,检测难度较大,所以通过一般的甲烷检测方法无法探测到水中微量甲烷的存在。拉曼检测是一种快速、非破坏性,能进行分子识别的激光检测技术,另外液芯光纤对拉曼光具有长光程累积作用,所以本文采用液芯光纤拉曼检测技术可以实现高灵敏度水中微量甲烷的检测。 本文采用经典理论和量子理论阐述了拉曼散射的产生机理,推导了拉曼散射公式,分析了甲烷分子的结构特点和光谱活性,得到了甲烷的四个固有振动频率,讨论了采用拉曼光进行水中样品检测的优势。分析了水中甲烷的拉曼光谱特点及浓度、温度和压力对拉曼频移的影响,采用激发光波长为532nm的LRS-Ⅲ型激光拉曼光谱仪对水中甲烷进行了拉曼检测的实验研究,并探讨了共振拉曼对提高拉曼检测灵敏度所起的作用。 本文介绍了液芯光纤的结构特点,分析了液芯光纤的传光原理,讨论了液芯光纤输出拉曼光功率与光纤长度、损耗系数和折射率之间的关系；建立了光纤弯曲损耗的理论模型,并对液芯光纤弯曲损耗的影响因素进行了仿真研究。提出了液芯光纤拉曼检测的方法和装置构成,说明了液芯光纤对拉曼光的长光程累积增强作用。采用LabVIEW软件编写了液芯光纤拉曼增益的仿真程序,并对不同中心频移和光纤长度的液芯光纤输出拉曼光谱进行了仿真。 【关键词】：甲烷 拉曼检测 液芯光纤 拉曼增益
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：O437.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 水下甲烷探测技术研究情况11-14
• 1.2.2 液芯光纤的研究情况14-15
• 1.3 本文的主要工作15-17
• 第2章 拉曼散射理论及甲烷分子光谱分析17-29
• 2.1 拉曼散射理论分析17-24
• 2.1.1 拉曼散射及其特点17
• 2.1.2 拉曼散射经典理论分析17-20
• 2.1.3 拉曼散射量子理论分析20-24
• 2.2 甲烷分子光谱特性分析24-28
• 2.2.1 甲烷分子结构及其振动频率24-25
• 2.2.2 甲烷分子拉曼光谱特点25-26
• 2.2.3 甲烷分子红外光谱特点26-27
• 2.2.4 红外检测和拉曼检测的区别27-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 水中甲烷拉曼检测的研究29-42
• 3.1 水中甲烷拉曼光谱分析29-32
• 3.1.1 海水中甲烷的存在形式29-30
• 3.1.2 水中甲烷的拉曼光谱特点30-31
• 3.1.3 拉曼频移的影响因素31-32
• 3.2 水中甲烷拉曼检测实验研究32-37
• 3.2.1 激光拉曼光谱仪简述32-34
• 3.2.2 拉曼检测实验方法34-36
• 3.2.3 实验结果与分析36-37
• 3.3 共振拉曼检测的应用37-40
• 3.3.1 共振拉曼的定性分析37-39
• 3.3.2 共振拉曼光谱的特点39-40
• 3.3.3 共振拉曼的实验应用40
• 3.4 本章小结40-42
• 第4章 液芯光纤传光特性及弯曲损耗的研究42-55
• 4.1 液芯光纤的结构特点42-43
• 4.2 液芯光纤的传光特性分析43-49
• 4.2.1 液芯光纤的传光原理43-44
• 4.2.2 光纤长度对拉曼光功率的影响44-46
• 4.2.3 损耗系数对拉曼光功率的影响46-48
• 4.2.4 折射率对拉曼光功率的影响48-49
• 4.3 液芯光纤的弯曲损耗分析49-54
• 4.3.1 弯曲损耗的理论模型49-51
• 4.3.2 弯曲损耗的仿真分析51-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 液芯光纤拉曼检测及应用仿真55-66
• 5.1 液芯光纤拉曼检测的应用55-57
• 5.1.1 液芯光纤拉曼检测方法55-56
• 5.1.2 液芯光纤拉曼检测装置56-57
• 5.2 液芯光纤拉曼增益的仿真研究57-65
• 5.2.1 LabVIEW概述57-58
• 5.2.2 拉曼光谱模型的建立58-60
• 5.2.3 拉曼增益模型的建立60-62
• 5.2.4 仿真实现及结果分析62-65
• 5.3 本章小结65-66
• 结论66-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果72-73
• 致谢73

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

拉曼光谱预处理及多组分分析方法研究    张帅

低折射率液芯光纤特性的研究    王卫,林钧岫,何去奢,吴管炎,冯明昭,王菊芳,廖远敏

海底天然气水合物分解与甲烷归宿研究进展    陈忠;颜文;陈木宏;王淑红;肖尚斌;陆钧;杨华平;

SRS Stokes谱线的数值拟合与Raman放大的研究    王智,童治,简水生

光纤共振拉曼光谱法痕量分析研究    里佐威,高淑琴,张玮,孙成林

Teflon-AF光纤-共振拉曼光谱法测量β-胡罗卜素    田艳杰;张留洋;左剑;里佐威;高淑琴;陆国会;

溶液浓度对拉曼光谱线宽和频移影响的实验研究    尹建华,高淑琴,徐欣锋,里佐威

共振拉曼光谱学在化学中的应用    江天籁;

R6G单分子表面增强共振拉曼散射光谱探测研究    周增会;刘力;肖繁荣;王桂英;徐至展;

液芯光纤喇曼光谱的研究    里佐威,孙昕,裴力,梁慎亮,赵永年,李冬妹,崔启良,邹广田

光纤共振和预共振喇曼光谱(英)    里佐威,高淑琴

深海含碳流体原位探测装置原理模型的研究    蒋淑华

应用群论分析甲烷的拉曼光谱    谷开慧

振铃光谱技术中腔内光场的涨落计算    马靖,陆同兴

激光烧蚀铝等离子体中离子特性的实验研究    唐晓闩,杨锐,郑贤锋,凤尔银,马靖,季学韩,崔执凤

三能级系统的(1+1′+1′)共振电离动力学的理论研究    李慧敏;傅院霞;张先燚;季学韩;凤尔银;崔执凤;

LIBS分析软件的研究及其宝石学应用    涂彩;袁心强;

光纤中斜光线的功率传播分析    张楼英,王惠南

I_2在CS_2中液芯光纤共振吸收拉曼散射    徐建旭;李成玉;苏斌;马慧鋆;王毅楠;衣汉威;

基于函数型连接神经网络的瓦斯传感器非线性校正    郭全民;王健;

基于Raman技术的辛烷值在线检测系统应用    康建爽;蒋书波;程明霄;赵天琦;

基于金属热膨胀式光纤温度传感器的设计    叶杨高;张安临;

末次盛冰期以来西沙海槽天然气水合物储库变化及其对环境的影响    王淑红;颜文;宋海斌;

南海北部神狐海域天然气水合物系统及其成藏演化数值模拟研究    苏正;陈志豪;吴能友;何勇;

机动车尾气遥测技术及其产业化研究    王铁栋;刘文清;杜光宇;刘建国;张玉钧;洪顺坤;王敏;方曦;

发展可再生能源和新能源与必须深层次思考的几个科学问题——非化石能源发展的必由之路    滕吉文;张永谦;阮小敏;

基于LIBS技术的钢水含碳量测量方法研究    刘海东;吴少波;房庆海;

金属纳米线阵列的制备及其表面增强光谱研究    张利胜

天然气水合物（地球物理属性）的神经网络识别方法及软件开发    吕琳

硅基薄膜的制备及其在锂离子电池中的应用    秦艳丽

激光诱导击穿光谱技术在电站运行诊断中的应用研究    姚顺春

海洋沉积物中天然气水合物开采实验研究    孙建业

酸溶法光纤材料与传像束的制备及性能研究    周德春

新型CaB_4晶体的生长与物理性质研究    韩宪越

氧化锌单晶及激光辐照氧化锌单晶的光谱学研究    刘洁

焊接电弧引燃过程的机理分析    石里男

调谐二极管激光吸收光谱中的若干关键技术研究    高楠

β-胡萝卜素在液芯光纤中的共振吸收拉曼散射    李成彧

长脉冲激光与金属相互作用的热分析    范子嘉

时间分辨光谱技术在免疫分析中的应用    钮庆良

I_2和Cr~（3+）液芯光纤中的共振吸收拉曼散射光谱研究    苏斌

数字化光纤气体检测系统方案研究    杨蕊

拉曼光谱预处理及多组分分析方法研究    张帅

冻土带可燃冰成因机理研究    李彬彬

海面溢油机载多通道激光雷达系统硬件设计与实验    李晓龙

SO_4~（2-）与CO_3~（2-）拉曼光谱的群论分析    曲业飞

原油荧光光谱特性及分析技术研究    任伟伟

遗传算法用于多组分同时测定    杨兵,王洪艳,陈淑桂,沙志芳

免疫算法    王磊,潘进,焦李成

一种基于生物免疫遗传学的新优化方法    罗小平,韦巍

近红外漫反射光谱的小波变换滤波    闵顺耕,谢秀娟,周学秋,李力,严衍禄

拉曼光谱在分析化学中的应用进展    胡军,胡继明

拉曼光谱与红外光谱无损检测技术新进展    施玉珍,陈志春,林贤福

利用目标试验因子分析法确定化学反应的级数及速率常数    朱仲良,夏骏,宓守刚,李通化

近红外光谱预处理中几种小波消噪方法的分析    郝勇;陈斌;朱锐;

基于疫苗自动获取与更新的免疫遗传算法    韩学东,洪炳镕,孟伟

新的基于疫苗接种的免疫遗传算法    米焕霞;邢志栋;董建民;李玉毛;

大气中有毒有机物FTIR光谱解析技术及其室内扩散模型建立的研究    刘芳

基于小波变换的化学谱图数据处理    熊智新

微型光谱仪信号处理与分析系统的研究    熊宇虹

多组分重叠信号解析算法与应用研究    虞正亮

拉曼光谱系统设计及基于遗传算法的光谱数据分析研究    陈柳

基于拉曼光谱的汽油辛烷值测定方法    覃旭松

求解多峰函数的一类新演化算法    易美香

基于小波变换的图像去噪方法研究    储鹏鹏

关于免疫遗传算法的研究    米焕霞

面向水下原位探测的光谱图像采集与数据处理    毕云峰

食品农药残留快速检测技术研究    于壮

几种常见气体传感器的研究进展    李冬梅;黄元庆;张佳平;张鑫;辜克兢;

冷泉流体沉积碳酸盐岩的地质地球化学特征    陈多福,陈先沛,陈光谦

南海中部近代沉积物中烃类气体的地球化学特征及其来源    林卫东,沈平,徐永昌,周永章

含油气盆地CO_2成因类型分析    王敏芳

利用液芯光纤测量微小温度变化    高淑琴,李玉祥

天然气水合物分解及其生态环境效应研究进展    于晓果,李家彪

现代海底热液微生物群落及其地质意义    冯军,李江海,牛向龙

数字式红外CO_2测量仪    俞光昀

耐尔蓝A在银溶胶上的表面增强拉曼光谱特征    周光明,盛蓉生,曾云鹗

低浓度样品拉曼光谱的实验研究    里佐威,高淑琴,孙成林,张玮

基于拉曼与掺铒光纤混合增益的稳定均衡多波长光纤激光器    陈达如;秦山;何赛灵;

准分子激光拉曼种子源    叶震寰，楼祺洪，丁爱臻，魏运荣，高鸿奕，董景星

氢气中的超宽带拉曼脉冲压缩    楼祺洪,徐剑秋,董景星,黄峰,魏运荣

南亚科学之光──介绍印度三位现代物理学先驱    王大明

固体激光器泵浦输出波长在1428nm的单级拉曼光纤激光器    陈晴川,王英

纳米结构和薄膜材料的拉曼 布里渊研究(英文)    程光煦;

拉曼：土生土长的印度科学家    王大明，郭振华

黄铁矿的激光拉曼谱在金矿评价中的应用    贾建业

川西须家河组储层成岩演化    张鼐;田作基;吴胜华;毛光剑;脱奇;刘建宪;

C_(60)和C_(70)的拉曼光谱研究    赵铁男,刘竟青,朱恪,李玉良,姚幼新,杨德亮,汪小红,朱道本

关于拉曼旋光峰强的研究    吴国祯;

石墨烯作为拉曼增强基底研究    凌曦;张锦;

拉曼镊子分析血红细胞的携氧能力    陈秀丽;刘军贤;尹晓林;黎永青;王桂文;

拉曼光镊技术及其在单细胞研究中的应用    叶安培;张勇;马宏飞;熊宇乐;

利用拉曼光镊分析红酵母合成类胡萝卜素    陶站华;袁玉峰;刘军贤;黄庶识;黎永青;

硫酸镁微液滴水和重水交换动力学的微区拉曼研究    李开开;曾光;郭郁葱;张韫宏;

维生素C在不同pH值下的拉曼特征光谱研究    李洁;李红华;张庆华;

单根单壁碳纳米管上吸附分子的拉曼信号检测    邓时滨;凌曦;徐伟高;张锦;

C切Nd:YVO_4晶体的自拉曼变频激光研究    段延敏;张戈;张耀举;张栋;朱海永;

拉曼Mapping成像法研究PS/HDPE共混体系的相态结构    胡成龙;陈建;张卫红;陈旭东;

也拉曼村的新希望    记者 庞文生

也拉曼水库加紧建设    记者 张彦莉　彭文明

华电紫金也拉曼水库开工奠基    记者 张辉

也拉曼水库今日开工    记者韦良俊

中美科学家发明增强拉曼光谱检测新技术    记者 张建琛

巴拉曼：吹绿天山南北    黄适远

华电紫金也拉曼水库装满情意    记者 张辉

赛思·卡拉曼：未来20年股市可能“零回报”    记者 张愎　实习记者 张岚

二十世纪的“野蛮人”    南京师范大学 闫巍

希腊最年轻的总理卡拉曼利斯    本报专稿 郭懿芝

在线拉曼分析系统关键技术研究与工业应用    阮华

氨基甲酸乙酯和大肠杆菌的表面增强拉曼光谱检测方法    杨丹婷

光纤放大器中一些问题的研究    雷建设

铜离子和pH对再生丝素蛋白二级结构的影响    宗小红

石墨烯的表面调控及其表面增强拉曼效应    于欣欣

几种典型直链和环状有机物的高压物性研究    马春丽

高压下A~(2+)Nb_2O_6（A~(2+)=Ca、Zn、Mg）的结构转变研究    周静

铁电单晶铌铟镁酸铅—钛酸铅结构及电光性质研究    吴丰民

透射/反射式针尖增强拉曼光谱术关键技术与实验研究    张明倩

多种光谱法检测尿液成分的理论与实验研究    刘伟玲

宝石拉曼数据库的建立    姚雪

硅基纳米材料拉曼平台在细胞分析检测的应用基础研究    姜享旭

分子间费米共振对拉曼散射影响的研究    曹安阳

苯分子和四氯化碳的高压拉曼相变研究    张鹏

银/硅纳米异质结构的制备及表面拉曼增强效应研究    苏雷

适用于细胞和生物分子的动态拉曼检测系统及关键技术研究    朱朝军

唾液表面增强拉曼光谱用于肺癌早期诊断的研究    杨天月

移频拉曼激发法抑制荧光干扰关键技术研究    李帆

拉曼光纤放大器的增益研究    姜海明

C_（60）的制备及其掺银薄膜的结构分析    曹乐千