车载激光天然气泄漏检测系统应用研究

【摘要】：近年来,我国天然气产业快速发展,天然气泄漏检测技术是涉及储运安全的重要监控和评估手段。基于光谱吸收技术的车载天然气检测装置,为更有效更精确的发现泄漏事件、确认问题管线提供了新的技术手段。 课题基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS, Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)设计并实现了车载天然气泄漏检测系统,并对其检测性能进行了初步评估。主要的研究工作有： 设计并实现光电检测子系统,研究激光器的调制波形驱动与检测光束的谐波信号提取方法。在可编程逻辑器件平台上实现了全数字的调制波形生成与正交解调；设计激光器的电流驱动,检测用跨阻放大器等模拟信号链路；设计温度控制装置,为激光器提供波动在毫度量级的恒温性能。 设计制定车载系统的数据及传输协议,基于RS232底层实现了多主机协同操作的令牌结构通信协议(UDP)。基于PC设计可编程测试系统(PTS),并为课题开发了一套用于测试的监本语言(CTS),借助MATLAB Engine实现了数据的高级运算及可视化。 使用光纤准直、扩束和聚焦透镜结构,设计lm对射掠扫式检测探头,整合光路结构、检测电路与数据分析模块,在实验车辆上完成系统部署。在室外条件进行了20km/h和60km/h车速下的甲烷气团检测实验,实现了低于3ppm的检测限并在实验中正确检出了泄漏气体。 【关键词】：天然气泄漏检测 车载系统 可调谐半导体激光吸收光谱
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP274;TN248
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 天然气在中国10
• 1.2 天然气泄漏检测技术10-13
• 1.2.1 火焰离子检测11
• 1.2.2 催化燃烧检测11-12
• 1.2.3 吸收光谱检测12-13
• 1.3 车载天然气泄漏检测系统13-15
• 1.3.1 国外研究现状13-14
• 1.3.2 国内研究及应用情况14-15
• 1.4 课题研究内容15-16
• 第二章 关键技术与系统结构16-21
• 2.1 可调谐半导体激光吸收光谱16-19
• 2.1.1 浓度表征16-19
• 2.1.2 吸收线选择19
• 2.2 车载系统结构19-20
• 2.3 本章小结20-21
• 第三章 光电检测子系统21-30
• 3.1 调制波形产生与同步解调21-25
• 3.1.1 调制波形生成21-23
• 3.1.2 正交解调23-25
• 3.2 模拟信号链25-26
• 3.2.1 激光器驱动25-26
• 3.2.2 跨阻放大器26
• 3.3 温度控制系统26-29
• 3.3.1 温度采集与PID控制27
• 3.3.2 TEC驱动器27-28
• 3.3.3 温度控制系统性能测试28-29
• 3.4 本章小结29-30
• 第四章 数据处理子系统30-41
• 4.1 数据组织与通信机制31-33
• 4.1.1 通用数据格式31-32
• 4.1.2 通用数据协议32-33
• 4.2 可编程测试系统33-40
• 4.2.1 CTS语言34-37
• 4.2.2 外部计算模块37-38
• 4.2.3 数据处理与显示38-40
• 4.3 本章小结40-41
• 第五章 系统装配与性能评估41-50
• 5.1 光学子系统41-43
• 5.1.1 对射式1m开放光路41-43
• 5.1.2 车载结构装配43
• 5.2 性能评估43-49
• 5.2.1 检测本底测试44-45
• 5.2.2 定浓度气体实验45-46
• 5.2.3 现场车载实验46-49
• 5.3 本章小结49-50
• 第六章 结论50-51
• 6.1 全文总结50
• 6.2 不足与展望50-51
• 附录51-53
• 参考文献53-56
• 致谢56-57
• 攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况57-58
• 学位论文评阅及答辩情况表58

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