高精度红外微水检测系统_山东大学

获得奖项:第十一届竞赛决赛团队一等奖

水是我们赖以生存的重要物质,它以很多形式存在于自然的各个角落,然而这些不同形式的水对工业生产等领域有重要影响。例如,天然气中水的存在会引起管线水堵,造成管线冰堵,腐蚀管线、设备和仪表,影响天然气计量的准确度,给天然气的安全生产和使用造成极大危害。在高压开关等电气设备中,SF6会与水发生化学反应,造成设备绝缘性能下降,而且还会对环境造成污染。因此,对水蒸气含量进行准确及时的在线监测非常重要。

该系统依据比尔-朗伯定律,利用水蒸汽在特定的波长处的吸收谱线,通过比较吸收前后的信号光谱能量得到水蒸气的浓度。本系统采用调制光谱技术,在水蒸气吸收谱线的一定范围内进行高频调制,并应用锁相技术提取出含有浓度信息的二次谐波信号。同时使用多次反射的长光程气室结构,有效提高系统检测的灵敏度和精度,减少光路中本底水的影响。并且采用量程自动控制模块,可实现对不同数量级浓度的精确检测。与传统红外检测系统相比,本系统可将检测信号频率移至高频区域,减少激光器1/f噪声和通路中低频噪声的影响,大幅提高信噪比;最后,在上述系统的基础上进行了一系列的实验,验证了气体吸收理论,得出了系统常用参数的测量结果及其在实际应用中的相关性能指标,达到了设计的预期目标。实验证明,该系统实用性强,适用范围广,成本低,检测精度高,将来会有更广阔的使用前景。

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