《氣體快速檢測問題研究開題報告文獻綜述3800字》

一．擬開展研究工作摘要（不超過500字）。工業(yè)和生活中大部分氣體都具有吸收一定波長范圍紅外光的特點?；诩t外線分析原理的氣體檢測設備，具有便捷、高效率、成本低、一致性好和在線分析便捷等特點，并且不會損壞樣品。紅外氣體吸收由LambertBill定律決定，該定律揭示了氣體的吸收和性質(zhì)的大小，光路與氣體濃度直接相關。本人申請專業(yè)為儀器科學與技術，擬開展氣體分析檢測方法的研究。根據(jù)導師的建議，本人擬開展紅外光譜法在快速檢測氣體方向的研究，目標是實現(xiàn)在一分鐘內(nèi)快速檢測，也就是快速檢測在光譜法測定氣體方面的應用，用紅外光譜法測定氣體濃度，并且實現(xiàn)快速無損檢測，最后能開發(fā)設計一款快速檢測儀器。熒光光譜法在多種氣體檢測中得到應用，徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡通過人工蜂群（ABC）算法優(yōu)化，目前被作為一種新方法被用于多環(huán)芳烴的檢測。與普通RBF相比，人工蜂群（ABC）算法優(yōu)化的RBF功能更加精確，收斂時間短，得到全局最優(yōu)解的能力更強。我將深入研究人工蜂群（ABC）算法，并把優(yōu)化的徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡，應用于氣體濃度的快速檢測，從而得到更小的預測誤差。二、擬開展研究內(nèi)容。紅外檢測單元是關鍵部件之一。它通常包括紅外光源、切割電機、切割片、氣室、精密過濾器、檢測元件和前置放大器等組成。紅外線傳感器，其紅外吸收和探測率高，響應時間短，目前正在從單一器件、單一集成向多方向發(fā)展，探測器波長也正在趨向長波段。紅外光譜分析可以用來研究分子的結(jié)構和化學鍵，同時可以用來表征和識別化學物質(zhì)。紅外光譜具有明顯的特征，可以通過標準化合物的紅外光譜比較來進行分析。將幾套標準的紅外光譜組合成一份文檔，可以存儲在計算機中，用來比較這些配置文件的存儲和檢索，進行新氣體的分析鑒定。這是我將來打算研究工作的第一部分內(nèi)容，包括紅外檢測單元。多環(huán)芳烴來源于多個方面，比如化工廠污染物排放，有機物的不完全燃燒，路面交通物氣體排放等，對人類的健康產(chǎn)生極大損害。熒光光譜法在多種氣體檢測中得到應用，徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡通過人工蜂群（ABC）算法優(yōu)化，目前被作為一種新方法被用于多環(huán)芳烴的檢測。與普通RBF相比，人工蜂群（ABC）算法優(yōu)化的RBF功能更加精確，收斂時間短，得到全局最優(yōu)解的能力更強。我們可以嘗試，研究人工蜂群（ABC）算法，并用它優(yōu)化的徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡，來進行氣體濃度的快速檢測，從而得到更小的預測誤差。目前這也是一個比較有創(chuàng)新性的方案。三、擬開展研究項目的背景及國內(nèi)外現(xiàn)狀（列出必要的、直接引用的中外文參考文獻）。隨著我國居民生活質(zhì)量的提高以及工業(yè)發(fā)展迅速,目前需要對工業(yè)生產(chǎn)和社會生活中的諸多環(huán)節(jié)進行實時在線氣體檢測,以確保生產(chǎn)生活的順利進行。對源頭氣體、中間氣體和廢氣檢測是氣體檢測的組成部分。在各種氣體檢測技術中，基于近紅外吸收光譜檢測技術正受到越來越廣泛的青睞。常用的氣體檢測技術包括：電化學法氣體傳感檢測、半導體法氣體傳感檢測、氣相色譜法檢測和光學法檢測。電化學法缺陷在于：外部溫度易對檢測結(jié)果產(chǎn)生作用；其他氣體易對傳感器產(chǎn)生干擾。半導體法缺陷在于：必須工作在高溫環(huán)境下；對氣體種類的選擇性差；穩(wěn)定性差、功耗高。氣相色譜法缺陷在于：分析周期長；技術含量高，難以實現(xiàn)現(xiàn)場在線檢測。光學法檢測的優(yōu)點包括：分辨率高、特征鑒別性強、壽命長、非接觸檢測以及響應速度快等。光學氣體檢測技術在國外發(fā)展較早，已經(jīng)延伸出多個技術分支，并且開始逐步應用于生產(chǎn)生活，市場化效果良好。從二十世紀七十年代以來，美國名校MIT的E.D.Hinkley首次闡述了高分辨率的TDLAS技術，加拿大高校McMaster的J.Reid進行了基于光譜分析的激光氣體檢測技術的研究，并提出了諧波檢測分析概念，直接推動了基于激光光譜分析的諧波分析原理。H.Inaba和K.than在TokyoUniversity進行了基于LED的光譜分析和光纖配合的遙距氣體測量技術，在二十世紀七十年代末完成了多位置濃度的測量。1998年來自蘇格蘭UniversityofStrathclyde的G.Stewart和B.Culshaw通過波分復用完成了128點的多點測量，研發(fā)了微小檢測室，分析了擾動氣室的原因。TokyoGas于1999年研發(fā)了一種便攜式光學甲烷測量設備。2003年Stanford利用激光光譜檢測技術進行了氣體的燃燒診斷檢測。2011年Umeauniversitet使用了諧波檢測方法對一氧化碳進行復雜條件測量，諧波檢測技術相對于普通的基于光譜的氣體檢測技術來說，因為對低頻噪聲的有效抑制而擁有更高的靈敏度。后來，Gregory和Hanson等人則提出通過部分諧波波形來反演氣體信息的方法。我國在光學氣體檢測領域開始研究相對較晚，但近年來在該領域投入很大，與發(fā)達國家距離正在逐步縮小，已經(jīng)實現(xiàn)了不少該領域技術的持平甚至趕超。中科院物理研究所成功研制了我國第一臺紅外吸收光譜氣體檢測系統(tǒng)，天津大學、浙江大學、中科院北京半導體物理研究所、香港理工大學等科研院所和高校都為紅外吸收光譜檢測技術做出了貢獻。其中，在2000年浙江大學的葉顯峰通過1.3um的LED出光完成了甲烷氣體的1300ppm分辨率測試。同年，燕山大學的王玉田等人成功將多個光纖氣體傳感器復用，實現(xiàn)了氣體傳感器陣列設計，檢測達到300ppm。在2004年，AnhuiInstituteOfOpticsandFineMechanics開始了基于光纖的非單一甲烷測量、遙測測量、痕量測量，還進行了大氣測量和機動車尾氣測量實驗。2007年ShandongAcademyofSciences完成了將光學氣體傳感器裝置在礦井和垃圾集中處理等地。2011年HarbinInstituteofTechnology的曹家年、張可可等人進行了使用垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）的可調(diào)諧激光光譜技術研究。2017年，燕山大學的王書濤等人提出了熒光光譜法和ABC-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡在多環(huán)芳烴濃度檢測中的應用。附參考文獻：1.E.D.Hinkley.High-resolutionInfraredSpectroscopywithATunableDiodeLaser[J].AppliedPhysicsLetters.1970,16(9):351-354.2.J.Reid,D.Labrie．Secondharmonicdetectionwithtunablediodelaserscomparisonofexperimentandtheory[J].AppliedPhysicsB,1981,26(3）:203-210.3.K.Chan,H.Ito,H.Inaba.Erratum.All-opticalremotemonitoringofpropanegasusinga5-km-long,lowlossopticalfiberlinkandanInGaPlight-emittingdiodeinthe1.68umregion[J].AppliedPhysicsLetters,1984,45(3):220-222.4.G.Stewart,C.Tandy,D.Moodie,et.al.Designofafiberopticmulti-pointsensorforgasdetection[J].Sensors&ActuatorsBChemical,1998,51(1):227-232.5.T.Iseki,H.Tai,K.Kimura.Aportableremotemethanesensorusingatunablediodelaser[J].MeasurementScience&Technology,2000,11(11):594-602(9).6.J.Liu,J.BJeffries,R.K.Hanson.wavelengthmodulationabsorptionspectroscopywith2fdetectionusingmultiplexeddiodelasersforrapidtemperaturemeasurementsingaseousflows[J].AppliedPhysicsB,2004,78(3):503-511.7.L.Lathdavong,J.Shao,R.Kluczynski,et.al.Methodologyfordetectionofcarbonmonoxideinhot,humidmediabytelecommunicationdistributedfeedbacklaser-basedtunablelaserabsorptionspectrometry[J].Appl.Opt.,2011,50(17):2531-50.8.王玉田，王莉田，鄭龍江，等.光線氣體傳感器的研究[J]，燕山大學學報.2000,24(4)：309-312.9.王敏，張玉鉤，劉文清，等．可調(diào)諧二極管激光吸收光譜二次諧波檢測方法的研究［Ｊ］．光學技術，2005，31（2）：279-281.10.魏玉賓，劉統(tǒng)玉，王哲，等．新型光纖瓦斯監(jiān)測儀在瓦斯抽采發(fā)電上的應用[J]．金屬礦山，2009（s1）：543-545.11.曹家年，張可可，王琢，等．可調(diào)諧激光吸收光譜光纖甲烷傳感器研究[J]．哈爾濱工程大學學報，2011,32(3)：366-371.12.單元偉.紅外線氣體分析儀在檢測甲烷中的應用[J].2017.13.王書濤，鄭亞南，王志芳，et.al.熒光光譜法和ABC-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡在多環(huán)芳烴濃度檢測中的應用[J].發(fā)光學報，2017.14.鄧昊.乙炔近紅外吸收光譜理論及檢測技術研究[碩士學位].2017.15.葉樹彬.傅里葉變換紅外光譜定性識別分析方法研究[博士學位].2017.16.李金義，田鑫麗，et.al.呼出氣體中內(nèi)源性丙酮的激光光譜檢測[J].激光雜志，2018.17.周彧.基于7.6μm量子級聯(lián)激光的N_2O傳感技術研究[博士學位].2018.18.胡映琳.長程吸收光譜技術在二氧化碳檢測中的運用[J].2018.19.葉年年，馮若塵，田思雨，et.al.基于TDLAS的甲烷氣體檢測技術綜述[J].2019.20.張曉春，宋慶利，曹永，et.al.國產(chǎn)傅立葉變換紅外光譜溫室氣體在線監(jiān)測儀及其在大氣本底監(jiān)測中的初步應用[J].大氣與環(huán)境光學學報，2019.四．研究方案，包括所需理論基礎、具體研究路線與方法，研究所需的儀器、設備名稱、其它軟硬件支持等。研究方案：通過國內(nèi)外文獻和書籍，理解紅外氣體吸收遵循的朗伯-比耳（LambertBill）定律，熟悉國內(nèi)外快速氣體檢測的新動向和新的技術。紅外光譜分析可以用來研究分子的結(jié)構和化學鍵，同時可以用來表征和識別化學物質(zhì)。紅外光譜具有明顯的特征，可以通過標準化合物的紅外光譜比較來進行分析。將幾套標準的紅外光譜組合成一份文檔，可以存儲在計算機中，用來比較這些配置文件的存儲和檢索，進行新氣體的分析鑒定。熒光光譜法在多種氣體檢測中得到應用，徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡通過人工蜂群（ABC）算法優(yōu)化，目前被作為一種新方法被用于多環(huán)芳烴的檢測。與普通RBF相比，人工蜂群（ABC）算法優(yōu)化的RBF功能更加精確，收斂時間短，得到全局最優(yōu)解的能力更強。未來，我將研究人工蜂群（ABC）算法，并把優(yōu)化的徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡，應用于氣體濃度的快速檢測，從而得到更小的預測誤差。研究所需的儀器：紅外線氣體分析儀、紅外線傳感器、FS920熒光光譜分析儀、其他化學氣體設備等。五．研究內(nèi)容的創(chuàng)新點（不超過300字）。紅外光譜分析可以用來研究分子的結(jié)構和化學鍵，同時可以用來表征和識別化學物質(zhì)。紅外光譜具有明顯的特征，可以通過標準化合物的紅外光譜比較來進行分析。將幾套標準的紅外光譜組合成一份文檔，可以存儲在計算機中，用來比較這些配置文件的存儲和檢索，進行新氣體的分析鑒定。建立一份由幾套標準的紅外光譜組成的文檔，可以存儲在計算機中，用來比較這些配置文件的存儲和檢索，用于新氣體的分析鑒定。熒光光譜法在多種氣體檢測中得到應用，徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡通過人工蜂群（ABC）算法優(yōu)化，目前被作為一種新方法被用于多環(huán)芳烴