随着机动车保有量的不断增加和人们环保意识的增强，利用选择性催化还原系统(Selective Catalytic Reduction，SCR)降低汽车尾气中NOx排放的方法也得到越来越多的应用，但是由于作为还原剂的尿素水溶液很难被控制到绝对适量，所以过量的NH3被排放到空气中。由于NH3不仅对人类的健康造成危害，而且是PM2.5持续走高的主要因素，故导致柴油机尾气处理的二次污染。
可调谐二极管激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS)凭借其高选择性、高灵敏度等优点，对柴油机尾气处理中溢出的少量NH3可以进行精准检测，故本文以TDLAS作为检测NH3的方法。
本论文针对应用到的波长调制光谱学理论，利用气体分子吸收理论分析了氨气拥有特定吸收谱线的原因，对光谱谱线的线型、线宽、线强进行分析，介绍了Lambert-Beer定律，运用了直接吸收检测的扫描波长法来获得准确的氨气吸收峰，并对谐波检测进行了对比分析，并选用谐波检测中波长调制方法去除低频噪声，选出二次谐波信号作为浓度信号的采集信号。
对TDLAS氨气浓度检测系统进行设计，在利用HITRAN数据库分析了氨气的吸收峰和柴油机尾气中H2O、CO2、CO、C2H2、NO、N2O气体成分的吸收峰位置，最终选择了1512.22nm的吸收谱线作为本文的氨气吸收谱线。对系统中选用的主要器件的型号、功能原因进行分析，对LabVIEW数据采集程序和MATLAB数据预处理程序进行设计。对汽车尾气前处理系统进行了以设计滤除颗粒物等杂质，过滤芯采用三氧化二铝与二氧化硅的烧结材料。
实现了柴油机TDLAS氨气浓度检测系统，对激光驱动器的输出温度和驱动电流的选择进行试验分析，并对信号发生器产生的扫描信号和调制信号的频率和幅度进行实验计算，最终选择扫描信号幅度为600mV、频率为5Hz;调制信号幅度为150mV，频率为50KHz;最后计算了锁相放大器时间常数、灵敏度、相位对二次谐波的影响并得出结论，最后实验分析了TDLAS氨气检测系统稳定性为98％。
对采集到的二次谐波数据进行实验预处理，利用气体分割器将气体浓度为10000ppm、600ppm、40ppm的氨气分别分为10％-100％该浓度的10组气体，并给出了每种浓度氨气10组气体的最小二乘拟合结果，然后利用500ppm的标准气体模块与处理后的待测数据利用最小二乘法算法进行拟合，待测氨气的检测限为2.4ppm。
- 作 者：
- 李丛蓉
- 学科专业：
- 控制工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 天津科技大学
- 导师姓名：
- 王以忠
- 学位年度：
- 2017
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
