甲烷红外吸收光谱原理与处理技术分析

周子仁 | -> | 5920| 53| 0.677067MB |红外吸收,甲烷,谐波检测,光谱增强,光声效应

周子仁 周子仁 | 文档量 |浏览量31503

摘 要 由于工业监控和环境检测的需要, 基于红外吸收光谱分析原理, 研制甲烷传感系统, 日益得到人们的关注。文章描绘了甲烷中红外的基频吸收带和近红外的ν2 + 2ν3 组合带、2ν3 泛频带的吸收光谱强度分布,并给出了相应的吸收光谱曲线。定量数据表明, 甲烷的基频吸收要比泛频吸收高两个数量级以上, 较组合频吸收高3 个数量级以上。文章还介绍了甲烷检测的差分技术、谐波技术、腔光谱增强技术、以及光声技术,给出了相应检测方法的理论公式、能够达到的检测灵敏度以及系统的结构。这些技术的有效性已经被研究报道所证明。
    甲烷是一种易燃易爆气体, 是煤炭行业中发生各类事故的隐患之一。一般认为, 甲烷爆炸下限为5 % , 上限为15 % ,在浓度为918 %时最容易爆炸。美国规定每间隔20 min 就要进行一次检测, 或者在煤矿作业期间增加监测的频率[1 ] 。同时, 甲烷也被认为是温室效应最主要的气体之一, 甲烷吸收红外线能力是二氧化碳的15~30 倍, 占据整个温室贡献量的15 %。空气中的甲烷浓度每年大约以1 %的速度增长[2 ] 。
    目前应用于甲烷气体的检测方式主要有载体催化燃烧式、热导式、光干涉式、红外吸收式等[3 ] 。比较可以看到, 红外吸收原理的甲烷传感器具有独到的优势。因此, 研制和开发红外光谱气体分析仪对于提高气体安全检测监控水平有着重要的现实意义。
    在20 世纪70 年代就开展了甲烷气体红外传感检测技术的研究[4 ] , 近几年这方面的研究有加速发展的趋势[5 ] 。本文给出甲烷红外吸收光谱特点, 并就具体的技术方法加以分析比对, 以期对甲烷红外传感检测方法给出较为全面的讨论。
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