气体浓度与颗粒物浓度在线同步测量系统研究

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煤炭等化石燃料燃烧产物如碳氧化物、氮氧化物及烟尘颗粒是大气污染的主要诱发因素，2015年火电厂超低排放标准全面实施，要求烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不超过5mg/m3、35mg/m3、50mg/m3。因此，研发能够准确快速测量气体组分浓度及颗粒物浓度的技术与设备对于环保部门监督监管、控制污染物排放具有十分重要意义。而能够同时对气体浓度与颗粒物浓度进行在线测量的仪器尚处于空白状态。本文针对烟气排放中的测量问题提出了气体浓度与颗粒物浓度在线同步测量系统的设计方案，为气体组分浓度与颗粒物浓度的同时检测提供了一种解决方案。针对上述问题，本文开展了如下研究工作： 1、提出了一种气体浓度与颗粒物浓度同步测量方法。根据气体浓度测量与颗粒物浓度测量各自特点，将气体浓度测量光路与颗粒物浓度测量光路进行了耦合，利用包含气体吸收信息的散射光同时测量气体浓度与颗粒物浓度，并通过实验分别对有无颗粒物情况下的甲烷气体浓度进了测量，证明了气体与颗粒物浓度测量值互不干扰，具有一定的独立性，为同步测量方法提供了实验基础。 2、提出了基于散射光调制的颗粒物浓度测量方法。将散射光信号的幅值调制到高频，通过正交解调得到包含颗粒物浓度信息的散射光幅值，该方法克服了传统颗粒物测量装置采用非调制光强测量颗粒物浓度时易受低频噪声干扰的缺点。此外，针对光散射法测量颗粒物浓度过程中光束路径上消光效应的影响进行了仿真，仿真结果表明在低颗粒物浓度范围内，即本文测量对象浓度所在范围0.1~10mg/m3，消光效应带来的光强损失仅为0.495%，影响较小可忽略不计。 3、研究设计了以FPGA为数据处理与控制核心的气体浓度与颗粒物浓度在线同步测量系统硬件电路与软件。硬件电路完成了从激光器温度电流控制电路到DAC数模转换电路再到FPGA数据处理控制系统的开发工作，并加入以太网传输电路以实现与其他设备的交互，采用紧凑的方式将主要电路集成在一块印刷电路板上，实现了仪器的小型化。软件部分开发实现了DDS信号发生功能与信号的正交解调，在低通滤波器的FPGA实现过程中采用了双通道低通滤波器的方式，解决了处理速度与资源占用之间的平衡问题。在数据流处理中应用了“乒乓操作”，实现了数据流的无缝缓存与处理。 4、结合软硬件对系统各个模块进行测试与调试工作，主要完成了气体浓度与颗粒物浓度同步测量实验，实验结果表明测量系统工作稳定，能够在对气体浓度与颗粒物浓度的测量中表现出良好的性能。

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作者
张勐;
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作者单位

东南大学;

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授予单位东南大学;
学科仪器仪表工程
授予学位硕士
导师姓名邱实;
年度 2018
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类仪器、仪表;
关键词
气体浓度; 颗粒物浓度; 在线; 同步测量;

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