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范例一：(K=图书馆学 OR K=情报学) AND A=范并思 AND Y=1982-2016
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文献类型

1 篇 学位论文

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1 篇 电子文献
0 种 纸本馆藏

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学科分类号

1 篇 工学
- 1 篇 机械工程
- 1 篇 石油与天然气工程

主题

1 篇 微型气室
1 篇 天然气水合物
1 篇 de算法
1 篇 ch4气体传感系统
1 篇 tdlas技术

机构

1 篇 吉林大学

作者

1 篇 张梦茹

语言

1 篇 中文

检索条件"主题词=CH4气体传感系统"

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详细简洁

排序：

采用微型气室的ch4气体传感系统研制

采用微型气室的CH4气体传感系统研制

引用

作者：张梦茹吉林大学

学位级别：硕士

天然气水合物又称为可燃冰,拥有绿色无污染的优点,是一种环保的能源。随着全球能源危机的恶化,能源研究的重点正在从陆地转移到海洋。可燃冰的储量非常多,如果能合理开发和利用海洋可燃冰,我们对传统能源的需求量将降低,传统能源带来的... 详细信息

天然气水合物又称为可燃冰,拥有绿色无污染的优点,是一种环保的能源。随着全球能源危机的恶化,能源研究的重点正在从陆地转移到海洋。可燃冰的储量非常多,如果能合理开发和利用海洋可燃冰,我们对传统能源的需求量将降低,传统能源带来的环境问题也随之得到解决。但是,由于大部分天然气水合物都储存在海底表面附近的低温高压等恶劣环境中,因此实现水中天然气水合物的准确定位以避免不必要的消耗是很重要的。要想开采可燃冰,首先需要对其矿点进行定位,定位方法就是检测溶解在海水中的甲烷,因为可燃冰的主要成分是甲烷,根据对甲烷的检测和浓度分析,可以实现对可燃冰矿点的定位。因此,开发适合海洋环境的高精度ch4气体传感系统,是检测和开采可燃冰的重要手段,是十分重要且紧迫的研究。目前,国外领先的研究机构正在开发各种商业设备,以有效获取溶于水的ch4浓度信息。但是,由于天然气水合物在海水中的分布不规则,因此水下检测设备的检测限必须低。因此,为了满足实际应用的要求,本文从可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术的研究入手,研制了一种基于微型气室（MPGC）的ch4检测装置,适用于海洋作业环境,针对海水中ch4气体浓度检测,可以做到高精度。本文的重要研究内容有以下几点:（1）气室是TDLAS系统的核心,故气室的设计是提高系统检测性能的关键。采用DE优化算法对气室进行智能寻优设计。介绍了差分进化（DE）算法的原理,构建了DE算法的适应度函数。基于DE算法,使用python软件编译DE流程,使用智能优化算法获取设计的气室最佳参数。然后介绍所研制的气室物理结构,模拟仿真激光光斑,比较采用DE算法设计的气室与常用的七环形气室的光斑结果。结果表明,基于DE算法设计的气室结构更紧凑,性能更好。另外,验证气室有效光程,证明了DE算法的计算结果,气室具有良好的线性度和低噪声。基于DE算法设计的气室体积足够小,可降低气样样本的体积需求,满足系统实时检测要求。此外,气室长光程可降低系统的检测下限。可见,基于DE算法设计的小体积、长光程气室可满足系统的实际应用要求,有很好的应用前景。（2）介绍了海水ch4检测系统的研发过程,对相关设计进行了详细的分析。根据实现的不同功能,系统分为三个部分:光路、电路和气路。光路结构优化设计和配气方法的研究是实现系统稳定、准确检测的关键。针对光路结构的优化设计,设计了一种紧凑的光学结构,不仅提高了光路的传输效率,同时使得系统结构稳定性增强,为实现系统的精确检测奠定了基础。电路部分介绍了电学系统的组成和温控电路的设计。气路部分首先引入气液分离技术,将微溶于水的气体与水分离,然后进行检测,避免了海水中杂质引起的误差,提高了海水中溶解ch4气体检测结果的准确性,实现海水中ch4气体浓度的准确检测。随后,为了研究适配于系统的配气方法,提出了脉冲式配气的方法,以解决脱气效率不稳定引起的压力不稳定的问题,结合连续进气方案,用于应对野外海水开发环境。最后,对ch4传感系统进行系统集成,形成具有水下检测能力的海水ch4检测系统。（3）验证所开发的ch4传感系统的性能。首先,选择ch4吸收谱线,优化参数。然后对系统进行动态性能验证和检测限分析验证,验证结果显示,系统对不同浓度的ch4有不同的响应,证实了所设计的ch4传感系统具有良好的动态响应和实用应用能力。利用基于微型气室设计的ch4传感系统,在1000 ppmv ch4背景下,长时间测量ch4浓度,得到最大ch4灵敏度为0.76 ppmv,平均时间为82 s,证实了所设计的ch4传感系统的稳定性。（4）介绍用于海水检测的最终ch4传感系统的海洋试验和集成概况。基于适用于海水环境的ch4传感系统,检测海水中固定垂直分布的监测点的溶解ch4浓度,成功得到检测数据。基于所开发的温度控制系统和ch4吸收谱线的选择,研究实现ch4的高精度检测,完成了对系统检出限、准确度、稳定性测试和测试结果分析等一系列工作。

关键词：天然气水合物 TDLAS技术 DE算法微型气室 ch4气体传感系统

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