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近些年来,由于机动车的迅猛增长和城市供暖燃煤所致,城市空气污染气体中的CO含量持续上升。而其中机动车增长又是CO含量增加的最主要原因,有数据显示,整个城市CO排放量的80%是由机动车所排放。除了CO等有毒污染气体对人类环境造成的危害之外,近百年来大气中的CO2和CH4等温室气体含量持续增加,导致全球变暖,造成了严重的气象灾害。因此,开展对于CO、CH4气体监测的研究可谓当务之急。非分散红外CO、CH4气体检测系统具有结构简单、成本低廉、精确度高、宜于市场化等优点。气体滤波相关技术是弱信号检测中的创新设计,对于含量小,吸收弱的气体光谱信号可以进行良好的检测分析。中科院安徽光机所司福祺曾经开展过CO的非分散红外测量研究,本论文在非分散红外的基础上,结合了气体滤波相关检测技术,实现了多组份气体测量系统的研制,是痕量气体高灵敏快速监测的好方法。
本文采用了非分散红外吸收光谱的测量原理结合气体滤波相关检测的方法,实现了对CO、CH4的检测系统研制。研究了气体滤波相关检测技术在微弱光谱信号中的应用,解决了从CO、CH4系统的弱光谱信号中提取有用信号的问题;研究了探测器在系统信号获取过程中稳定性对于测量结果的影响,利用新颖的温控电路解决了探测器由于温漂带来的测量误差,提高了精度;研究了系统的电路、气路、光路设计,并对相关检测电路的实现进行了详细介绍;研究了在弱信号获取方面NDIR系统与TDLAS系统的不同,分析对比了气体滤波相关与锁相放大技术在两种系统中的成功应用;对系统研制后的实验结果进行了分析,通过不同标准浓度的CO和CH4气体对系统性能进行了测试,证明满足监测要求,测量数据与国外相关仪器结果进行了对比,得到很好的相关性,进一步证明了该仪器的可靠性。