《氣體快速檢測(cè)問題研究開題報(bào)告文獻(xiàn)綜述3800字》

一．?dāng)M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(zhǎng)范圍紅外光的特點(diǎn)?；诩t外線分析原理的氣體檢測(cè)設(shè)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(diǎn)，并且不會(huì)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(guān)。本人申請(qǐng)專業(yè)為儀器科學(xué)與技術(shù)，擬開展氣體分析檢測(cè)方法的研究。根據(jù)導(dǎo)師的建議，本人擬開展紅外光譜法在快速檢測(cè)氣體方向的研究，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)在一分鐘內(nèi)快速檢測(cè)，也就是快速檢測(cè)在光譜法測(cè)定氣體方面的應(yīng)用，用紅外光譜法測(cè)定氣體濃度，并且實(shí)現(xiàn)快速無損檢測(cè)，最后能開發(fā)設(shè)計(jì)一款快速檢測(cè)儀器。熒光光譜法在多種氣體檢測(cè)中得到應(yīng)用，徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(cè)。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(shí)間短，得到全局最優(yōu)解的能力更強(qiáng)。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(luò)，應(yīng)用于氣體濃度的快速檢測(cè)，從而得到更小的預(yù)測(cè)誤差。二、擬開展研究?jī)?nèi)容。紅外檢測(cè)單元是關(guān)鍵部件之一。它通常包括紅外光源、切割電機(jī)、切割片、氣室、精密過濾器、檢測(cè)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(cè)率高，響應(yīng)時(shí)間短，目前正在從單一器件、單一集成向多方向發(fā)展，探測(cè)器波長(zhǎng)也正在趨向長(zhǎng)波段。紅外光譜分析可以用來研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，同時(shí)可以用來表征和識(shí)別化學(xué)物質(zhì)。紅外光譜具有明顯的特征，可以通過標(biāo)準(zhǔn)化合物的紅外光譜比較來進(jìn)行分析。將幾套標(biāo)準(zhǔn)的紅外光譜組合成一份文檔，可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，用來比較這些配置文件的存儲(chǔ)和檢索，進(jìn)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(cè)單元。多環(huán)芳烴來源于多個(gè)方面，比如化工廠污染物排放，有機(jī)物的不完全燃燒，路面交通物氣體排放等，對(duì)人類的健康產(chǎn)生極大損害。熒光光譜法在多種氣體檢測(cè)中得到應(yīng)用，徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(cè)。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(shí)間短，得到全局最優(yōu)解的能力更強(qiáng)。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(luò)，來進(jìn)行氣體濃度的快速檢測(cè)，從而得到更小的預(yù)測(cè)誤差。目前這也是一個(gè)比較有創(chuàng)新性的方案。三、擬開展研究項(xiàng)目的背景及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀（列出必要的、直接引用的中外文參考文獻(xiàn)）。隨著我國(guó)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(duì)工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活中的諸多環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線氣體檢測(cè),以確保生產(chǎn)生活的順利進(jìn)行。對(duì)源頭氣體、中間氣體和廢氣檢測(cè)是氣體檢測(cè)的組成部分。在各種氣體檢測(cè)技術(shù)中，基于近紅外吸收光譜檢測(cè)技術(shù)正受到越來越廣泛的青睞。常用的氣體檢測(cè)技術(shù)包括：電化學(xué)法氣體傳感檢測(cè)、半導(dǎo)體法氣體傳感檢測(cè)、氣相色譜法檢測(cè)和光學(xué)法檢測(cè)。電化學(xué)法缺陷在于：外部溫度易對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生作用；其他氣體易對(duì)傳感器產(chǎn)生干擾。半導(dǎo)體法缺陷在于：必須工作在高溫環(huán)境下；對(duì)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(zhǎng)；技術(shù)含量高，難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)。光學(xué)法檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)包括：分辨率高、特征鑒別性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、非接觸檢測(cè)以及響應(yīng)速度快等。光學(xué)氣體檢測(cè)技術(shù)在國(guó)外發(fā)展較早，已經(jīng)延伸出多個(gè)技術(shù)分支，并且開始逐步應(yīng)用于生產(chǎn)生活，市場(chǎng)化效果良好。從二十世紀(jì)七十年代以來，美國(guó)名校MIT的E.D.Hinkley首次闡述了高分辨率的TDLAS技術(shù)，加拿大高校McMaster的J.Reid進(jìn)行了基于光譜分析的激光氣體檢測(cè)技術(shù)的研究，并提出了諧波檢測(cè)分析概念，直接推動(dòng)了基于激光光譜分析的諧波分析原理。H.Inaba和K.than在TokyoUniversity進(jìn)行了基于LED的光譜分析和光纖配合的遙距氣體測(cè)量技術(shù)，在二十世紀(jì)七十年代末完成了多位置濃度的測(cè)量。1998年來自蘇格蘭UniversityofStrathclyde的G.Stewart和B.Culshaw通過波分復(fù)用完成了128點(diǎn)的多點(diǎn)測(cè)量，研發(fā)了微小檢測(cè)室，分析了擾動(dòng)氣室的原因。TokyoGas于1999年研發(fā)了一種便攜式光學(xué)甲烷測(cè)量設(shè)備。2003年Stanford利用激光光譜檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了氣體的燃燒診斷檢測(cè)。2011年Umeauniversitet使用了諧波檢測(cè)方法對(duì)一氧化碳進(jìn)行復(fù)雜條件測(cè)量，諧波檢測(cè)技術(shù)相對(duì)于普通的基于光譜的氣體檢測(cè)技術(shù)來說，因?yàn)閷?duì)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(guó)在光學(xué)氣體檢測(cè)領(lǐng)域開始研究相對(duì)較晚，但近年來在該領(lǐng)域投入很大，與發(fā)達(dá)國(guó)家距離正在逐步縮小，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了不少該領(lǐng)域技術(shù)的持平甚至趕超。中科院物理研究所成功研制了我國(guó)第一臺(tái)紅外吸收光譜氣體檢測(cè)系統(tǒng)，天津大學(xué)、浙江大學(xué)、中科院北京半導(dǎo)體物理研究所、香港理工大學(xué)等科研院所和高校都為紅外吸收光譜檢測(cè)技術(shù)做出了貢獻(xiàn)。其中，在2000年浙江大學(xué)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(cè)試。同年，燕山大學(xué)的王玉田等人成功將多個(gè)光纖氣體傳感器復(fù)用，實(shí)現(xiàn)了氣體傳感器陣列設(shè)計(jì)，檢測(cè)達(dá)到300ppm。在2004年，AnhuiInstituteOfOpticsandFineMechanics開始了基于光纖的非單一甲烷測(cè)量、遙測(cè)測(cè)量、痕量測(cè)量，還進(jìn)行了大氣測(cè)量和機(jī)動(dòng)車尾氣測(cè)量實(shí)驗(yàn)。2007年ShandongAcademyofSciences完成了將光學(xué)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(jìn)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(shù)研究。2017年，燕山大學(xué)的王書濤等人提出了熒光光譜法和ABC-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在多環(huán)芳烴濃度檢測(cè)中的應(yīng)用。附參考文獻(xiàn)：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(xué)學(xué)報(bào).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(cè)方法的研究［Ｊ］．光學(xué)技術(shù)，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(cè)儀在瓦斯抽采發(fā)電上的應(yīng)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(xué)學(xué)報(bào)，2011,32(3)：366-371.12.單元偉.紅外線氣體分析儀在檢測(cè)甲烷中的應(yīng)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(luò)在多環(huán)芳烴濃度檢測(cè)中的應(yīng)用[J].發(fā)光學(xué)報(bào)，2017.14.鄧昊.乙炔近紅外吸收光譜理論及檢測(cè)技術(shù)研究[碩士學(xué)位].2017.15.葉樹彬.傅里葉變換紅外光譜定性識(shí)別分析方法研究[博士學(xué)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(cè)[J].激光雜志，2018.17.周彧.基于7.6μm量子級(jí)聯(lián)激光的N_2O傳感技術(shù)研究[博士學(xué)位].2018.18.胡映琳.長(zhǎng)程吸收光譜技術(shù)在二氧化碳檢測(cè)中的運(yùn)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(cè)技術(shù)綜述[J].2019.20.張曉春，宋慶利，曹永，et.al.國(guó)產(chǎn)傅立葉變換紅外光譜溫室氣體在線監(jiān)測(cè)儀及其在大氣本底監(jiān)測(cè)中的初步應(yīng)用[J].大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報(bào)，2019.四．研究方案，包括所需理論基礎(chǔ)、具體研究路線與方法，研究所需的儀器、設(shè)備名稱、其它軟硬件支持等。研究方案：通過國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和書籍，理解紅外氣體吸收遵循的朗伯-比耳（LambertBill）定律，熟悉國(guó)內(nèi)外快速氣體檢測(cè)的新動(dòng)向和新的技術(shù)。紅外光譜分析可以用來研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，同時(shí)可以用來表征和識(shí)別化學(xué)物質(zhì)。紅外光譜具有明顯的特征，可以通過標(biāo)準(zhǔn)化合物的紅外光譜比較來進(jìn)行分析。將幾套標(biāo)準(zhǔn)的紅外光譜組合成一份文檔，可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，用來比較這些配置文件的存儲(chǔ)和檢索，進(jìn)行新氣體的分析鑒定。熒光光譜法在多種氣體檢測(cè)中得到應(yīng)用，徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(cè)。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(shí)間短，得到全局最優(yōu)解的能力更強(qiáng)。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(luò)，應(yīng)用于氣體濃度的快速檢測(cè)，從而得到更小的預(yù)測(cè)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(xué)氣體設(shè)備等。五．研究?jī)?nèi)容的創(chuàng)新點(diǎn)（不超過300字）。紅外光譜分析可以用來研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，同時(shí)可以用來表征和識(shí)別化學(xué)物質(zhì)。紅外光譜具有明顯的特征，可以通過標(biāo)準(zhǔn)化合物的紅外光譜比較來進(jìn)行分析。將幾套標(biāo)準(zhǔn)的紅外光譜組合成一份文檔，可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，用來比較這些配置文件的存儲(chǔ)和檢索，進(jìn)行新氣體的分析鑒定。建立一份由幾套標(biāo)準(zhǔn)的紅外光譜組成的文檔，可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，用來比較這些配置文件的存儲(chǔ)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(cè)中得到應(yīng)用，徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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