极低浓度甲烷高温氧化宏观参量数值模拟

为了研究极低浓度甲烷的高温氧化特性,通过CHEMKIN模拟软件对甲烷浓度为0.5%、1%、2%、3%、4%的5种极低浓度甲烷气体高温氧化反应进行数值模拟,着重分析高温氧化后压力、温度以及反应物和生成物的变化规律.模拟结果表明,极低浓度甲烷高温氧化过程中,甲烷的体积分数急剧下降;生成的一氧化碳体积分数先急剧上升,然后迅速降低至零.二氧化碳体积分数、温度及压力均急剧上升,然后趋于稳定;且甲烷混合气体高温氧化后二氧化碳体积分数、温度及压力最终值与一氧化碳体积分数的最大值均随着甲烷体积分数的增大而逐渐增大.     

基于煤矿瓦斯浓度的窄带光源谐波检测技术研究

在对煤矿瓦斯气体浓度的检测中,由于噪声、气体的吸收峰很窄、光源波长随温度的漂移等原因将引起测量的不稳定,通过采用对激光器的中心波长和气体吸收峰中心波长对准,测量光经过气体时的损耗就可以检测气体的浓度,利用一次谐波作为误差信号,可将光源精确地锁定在气体吸收峰上,并给出了窄带光源谐波检测的理论依据.实验结果表明,该方法可应用于甲烷气体浓度的光谱测量,它具有高精度、强选择性、快速响应等特点.     

基于Mid-IR LED的甲烷气体浓度检测方法研究

在矿井和隧道中,甲烷(CH4)气体的浓度监测极为重要.首次设计了一种以中红外发光二极管作为光源的基于光谱吸收原理的高精度CH4气体浓度检测方法.该方法采用5.8kHz的交流恒流源对中红外发光二极管进行激励,中红外发光二极管产生的中红外光在气室被甲烷吸收后,照射在接收端的中红外光电二极管上,产生光电流.用高增益跨阻放大器对光电流进行选频预放大,并用锁相放大器对与气体浓度相关的电信号做进一步的检测,最后,采用由单片微处理器构成的数据采集系统对检测结果进行数据化,对数据进行降噪处理,修正检测系统的非线性误差,最终将气体浓度检测结果显示出来.该方法还对中红外发光二极管以及中红外光电二极管的工作温度进行了恒温控制,保证了中红外器件中心波长的稳定性.同时构建了以低成本中红外发光二极管器件为基础、结合微弱信号检测技术的方法验证系统.结果显示,该方法具有检测时间短、操作简单、精度高和环境适应性强等特点,是一种可行的、优点明显的CH4气体浓度测量方法.     

用1.66μm二极管激光器实现的甲烷浓度测试仪

介绍了一种以1.66μm二极管激光器作测量光源、以钽酸锂热释电探测器作光电转换器件、以AT89C52单片机为核心,组成的新型甲烷浓度测试仪.该测试仪由探测器系统、信号放大与处理系统及显示输出系统三部分组成.其中,探测器系统主要包括激光器、红外窗口、气路、取样泵、球面反射镜、窄带干涉滤光片及钽酸锂热释电探测器等;信号放大与处理系统主要包括前置放大电路、选频放大电路、采样保持电路、模一数转换电路、单片机等;显示输出系统主要包括LCD显示器、声报警器等.文中还描述了该测试仪的工作原理与基本结构,讨论了其中的技术难点及其相应的解决方法.     

基于TDLAS的甲烷遥测技术

主要研究了基于TDLAS（可调谐二极管激光吸收光谱）的甲烷气体浓度遥测技术。对其工作原理、系统构成进行分析,重点研究系统光学部分设计,以提高系统的接收效率。实验证明能够达到利用漫反射光线高速高精度检测甲烷气体浓度的目的。     

基于相关光谱和差分检测的气体传感系统

基于相关光谱和差分检测技术提出了一种新型的光纤气体传感系统,实现了对微量气体的高灵敏度、高准确度、实时在线检测.首先对该系统进行了详尽的理论分析,然后在合理选择实验器件的基础上搭建了一个光纤气体传感系统,测量乙炔气体的体积分数.该系统不仅消除了光强波动及待测气体中杂质气体的干扰,而且也避免了周围环境中噪声和杂散光的影响.实验结果表明,系统的分辨力可达0.5‰,测量灵敏度为6.62μV,最大绝对误差为0.15‰,相对误差为7.5%,稳定性为2.27%,重复性误差为0.817%.     

基于超声波声衰减的甲烷浓度测量方法

依据混合气体中的声衰减系数随气体成分改变而变化的特性,研究了声波的衰减与介质本身性质的关系,提出了甲烷浓度的声衰减检测方法.通过测量超声波在不同介质中的声衰减强度,建立甲烷浓度与声衰减系数的数学模型,并结合测量电路实现对检测方法的验证.实验结果表明,在甲烷浓度比较低时,超声波接收探头测量出的声衰减系数与甲烷浓度呈线性关系.浓度相对误差小于2%,符合国家测量标准,可推广到其他气体浓度检测中.     

超低浓度甲烷气体催化燃烧数值模拟

使用FLUENT软件对超低浓度甲烷气体在壁面涂有Pt/Al2O3催化剂的蜂窝型燃烧器微通道中的催化燃烧情况进行数值模拟,计算分析入口甲烷浓度,催化壁面温度以及燃料入口流速对甲烷转化率的影响。结果表明,随着入口甲烷浓度的增大,催化壁面温度的升高和燃料入口速度的降低,甲烷转化率会增大。当燃料入口流速为0.1m/s,甲烷体积浓度为1%,壁面温度为950K时,甲烷转化率可以达到97.0%。     

氢气及重烃组分对瓦斯爆炸下限影响的实验研究

为研究矿井瓦斯中含有的氢气及重烃组分对瓦斯爆炸下限的影响,建立了多组分瓦斯混合气体爆炸实验系统.运用该实验系统对分别混有氢气、异丁烷和正己烷的甲烷气体的爆炸下限进行了测定.实验结果表明:强点火源条件下,当混有氢气的体积分数达到1.5%时,甲烷的爆炸下限可以降到1%;当异丁烷和正己烷的体积分数约为0.25%时,甲烷的爆炸下限可降到2%左右.图8,表5,参10.     

基于恒电流源的电阻式气敏传感器检测系统

为保证电阻式气敏元件的高精度检测,设计了一种基于恒流源的气体浓度检测系统。该系统利用恒电流源,使传感元件电阻与电压变化呈线性关系,以提高气敏元件阻值随
气体浓度变化的准确度。恒电流源包括基准稳压电源、电流负反馈电路、稳压二极管和待测气敏元件。经过参数整定,其测电阻范围可达0～1 000 kΩ,平均测量误差小于0.027 2%。利用SnO2传感器检测浓度为0～2 05357 mg/m³的乙醇气体,测量出传感器电阻随浓度增加呈e指数下降趋势,系统最大测量误差小于±1.5%。     

双通道非分散红外SO2在线检测系统设计

当前烟气检测中对低体积分数的SO₂气体在线检测存在干扰因素多、响应时间慢等问题，针对此情况，利用特定波段红外光可以吸收SO₂的特性，采用单光源双通道方法，设计了基于非分散红外吸收原理的SO2在线检测系统。实验结果显示零点漂移为0.4%，响应时间为3.86 s，线性误差为0.3%，重复性误差为0.52%。参数对比表明，该方法能够准确对SO2体积分数进行测量，更适用于目前烟气在线检测需求。     

双通道非分散红外SO2在线检测系统设计

当前烟气检测中对低体积分数的SO₂气体在线检测存在干扰因素多、响应时间慢等问题，针对此情况，利用特定波段红外光可以吸收SO₂的特性，采用单光源双通道方法，设计了基于非分散红外吸收原理的SO2在线检测系统。实验结果显示零点漂移为0.4%，响应时间为3.86 s，线性误差为0.3%，重复性误差为0.52%。参数对比表明，该方法能够准确对SO2体积分数进行测量，更适用于目前烟气在线检测需求。     

基于差分吸收光谱法的烷烃气体检测系统的研制

利用差分吸收光谱（DOAS）技术研制开发了一套烷烃类气体检测实验系统,在该实验系统上测量了CH4的吸收光谱以及吸收截面,并利用这些参数开展了CH4气体浓度反演算法的研究.实验结果表明：在常温常压下,CH4的检测结果与标准浓度之间的线性拟合系数R2为0.9998,误差小于3%,CH4的最低检测限为0.01%.这些工作为烷烃光谱录井仪的研发奠定了基础.     

基于双颜色传感器的真菌霉素快速检测方法

针对生物学检测真菌霉素的过程比较复杂、成本高、不易操作等问题,提出了一种利用真菌霉素类物质溶液颜色直接测量溶液浓度的快速检测方法,设计了一个双颜色传感器检测系统.通过颜色传感器测得溶液颜色信息来快速确定被检测物质的质量分数并实现颜色信息采集过程中的动态白平衡,使颜色检测对环境光的变化具有自适应性.最后建立样品溶液颜色的三原色（RGB）值与浓度之间的线性关系.实验结果表明,样品数据的相对标准偏差（RSD）低于5%,利用该快速检测方法建立的线性关系计算得到的溶液浓度与样品实际浓度的相对误差（RE）低于7%,满足实验室精密度和准确度的要求.同时,与传统检测方法相比,该方法快速、方便,并降低了检测成本.      

基于差分吸收检测技术的非分散红外CO2呼吸气体传感器

采用非分散红外(non-dispersive infrared,NDIR)气体传感器实时检测呼吸气体中的CO2气体浓度,进而反映人体运动机能和代谢功能等身体状态,可以满足人类日益增强的对自身健康状况进行了解的需求.利用电调制微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)光源和双通道热释电传感器分别作为红外光源和探测器,采用气室结构设计和压电微泵相结合的方法为传感器提供稳定的气体流速,设计出红外呼吸CO2气体传感器.通过测量不同CO2标准气体浓度下热释电传感器参考通道和测量通道的电压比值进行传感器标定,获得了在室温下、检测量程0％～8％内,绝对误差小于0.5％,相对误差3％,系统响应时间小于1.5 s的传感器,提高了基于NDIR气体传感器检测呼吸气体的抗干扰能力,可望满足运动机能和代谢功能检测等应用对CO2气体监测的需求.     

基于光散射法和电荷感应法融合的粉尘浓度检测技术

为了减小粉尘浓度在线检测误差,分析光散射法和电荷感应法的基本原理,揭示两种方法的局限性;将光散射子单元和电荷感应子单元的结构和数据融合,研制并联自动切换的融合单元,提出一种粉尘浓度融合检测算法.实验发现:融合单元的检测误差≤11.3%,比光散射子单元小3.6%,比电荷感应子单元小3.5%;融合单元的平均标定分辨率为112.8,是光散射子单元的1.27倍,是电荷感应子单元的4.68倍;融合单元的标定线性度最好.表明融合技术克服了光散射法和电荷感应法的局限性,进一步减小了检测误差和提高了标定分辨率、线性度.     

人工神经网络-近红外光谱法定量分析Cofrel粉末药品

用人工神经网络(ANN)解析Cofrel药品的近红外(NIR)漫反射光谱， 实现了对其有效成分磷酸苯丙哌啉的精确快速定量测定. 设计了最好的ANN模型. 分别讨论了输入层和隐含层节点数对测定结果的影响. 用HPLC法的测定结果作为标准， 磷酸苯丙哌啉浓度预 测值的相对误差RE (%)＜4.0%， 可以应用于Cofrel药品实际生产中的质量控制.     

基于静态干涉系统的井下甲烷浓度实时监测系统的研究

为了保证井下工作安全,设计了一种CH4实时在线监测系统。在分析了CH4气体特征吸收光谱的基础上,系统采用静态傅里叶变换干涉具及柱面镜等组成。通过线阵CCD采集静态干涉条纹,由光谱分析算法求出各个波长上的光强衰减度,最后通过比尔-朗伯定理、浓度程长积公式等反演CH4气体的浓度。仿真计算了光源光强、出射光强与瓦斯浓度的函数关系,验证了采用5 m W的DFB激光器,可以保证变化区域基本线性。系统采用分子筛过滤处理的方法,克服了目前光谱检测系统无法在井下复杂环境应用的难题。实验显示,在5 cm的气室中,经分子筛过滤保护的光谱探测系统可以在潮湿、粉尘的环境中稳定工作。采用傅里叶变换光谱分析法求解CH4浓度时,最小探测精度可达0.01%。     

脉冲型阵列量子级联激光器驱动电源

设计并研制了一种高精度的可调节阵列量子级联(QC: Quantum Cascale)激光器驱动电源, 以用于中红外多气体检测系统。该系统运用时分复用的思想, 利用并联加串联的方式, 同时驱动多个QC激光器。在硬件方面, 以DSP F28335为主处理器, 采用压控恒流源的原理, 通过大功率半导体器件, 实现脉冲频率(1~10 kHz, 步进0.5 kHz)、 占空比(0.5%~40%, 步进0.5%)、 电流幅值(0~4 A, 步进0.1 A)连续可调的脉冲恒流源。在控制方案上, 采用模拟PI(Proportion Integral)控制算法, 通过两级模拟PI环节的双重反馈方式, 提高了驱动电流的准确性和稳定性。同时, 该系统还设计了电源滤波慢启动电路、 过流保护电路、 过压保护电路、 静电防护电路等, 防止QC激光器被瞬间大电流损坏, 以确保激光器的正常工作。经实验测试, 当设定脉冲电流幅值为2.0 A, 脉冲频率为5 kHz, 脉冲宽度为2 μs时, 输出脉冲电流幅值稳定度优于1.7×10^-3 A, 脉冲宽度稳定度优于2.4×10^-2μs, 脉冲上升时间小于11.9 ns, 脉冲下降时间小于9.6 ns。在同时驱动多个QC激光器长时间测试过程中, 驱动电流稳定, QC激光器发光稳定, 测试指标达到要求。     

融合注意力机制的煤层气产量动态预测

为了提升煤层气产量的预测精度,提出融合注意力(Attention)机制并结合卷积神经网络（convolutional neural networks,CNN）和长短期记忆神经网络（long short term memory,LSTM)的煤层气产量动态预测模型。利用随机森林变量筛选方法,确定井底流压、动液面高度、套压、冲次为排采过程中影响煤层气产量的主控因素;利用CNN信息提取优势,提取煤层气排采数据的特征向量,并将特征向量作为LSTM网络的输入;再将LSTM隐含层融合注意力机制提取重要信息权重,有效解决信息长期依赖性和信息丢失。实验结果表明：融合注意力机制的CNN-LSTM煤层气产量动态预测模型各方面均表现较优。具体表现为：1. 模型预测性能较好,利用不同模型对比预测,改进后的煤层气产量预测模型精度最高,比标准的LSTM预测精度提升了3%~4%;2. 泛化性能较优,预测同一区块不同生产天数的6口煤层气井产量时,预测60天日产气量的平均相对误差均小于5%,预测200天日产气量的平均相对误差均小于8%。