Разработка лазерного оптико-акустического анализатора для контроля многокомпонентных газовых смесей

• Автор: Федотов, Юрий Викторович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 160 с.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

В.1. Газовые загрязнители атмосферы

В.2. Лазерные локальные методы контроля газовых загрязнений атмосферы .... 7 В.З. Лазерный оптико-акустический метод контроля газовых загрязнений
атмосферы

В.4. Успехи и проблемы в лазерном оптико-акустическом контроле загрязнений

атмосферного воздуха

В.5. Цели и основные задачи работы

ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛАЗЕРНОГО ОПТИКОАКУСТИЧЕСКОГО ГАЗО АНАЛИЗА

1.1. Формирование оптико-акустического сигнала
1.2. Система уравнений лазерного оптико-акустического газоанализа
1.3. Метод дифференциального поглощения
1.4. Особенности лазерных оптико-акустических газоанализаторов
1.5. Метод математического моделирования в задаче лазерного многокомпонентного оптико-акустического газоанализа
1.6. Выводы
ГЛАВА 2. ПОИСК НАБОРА СПЕКТРАЛЬНЫХ КАНАЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ
МНОГОКОМПОНЕНТНОМ ЛАЗЕРНОМ ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКОМ ГАЗОАНАЛИЗЕ
2.1. Постановка задачи поиска набора спектральных каналов измерения
2.2. Автоматизированный поиск набора спектральных каналов измерения
2.2.1. Критерии поиска набора спектральных каналов измерения, основанные на оптимизации характеристик газоанализаторов
2.2.2. Критерии поиска набора спектральных каналов измерения, основанные на анализе расчетной матрицы
2.2.3. Критерий поиска набора спектральных каналов измерения, основанный на анализе вариационно-ковариационной матрицы

2.2.4. Критерий поиска набора спектральных каналов измерения, основанный на использовании коэффициента информативности
2.2.5. Критерий cos поиска набора спектральных каналов измерения

2.2.6. Критерий поиска набора спектральных каналов измерения, основанный на использовании меры близости матрицы коэффициентов поглощения к диагональной матрице
2.2.7. Критерий поиска набора спектральных каналов измерения, использующий число обусловленность систем линейных алгебраических уравнений
2.2.8. Критерий поиска набора спектральных каналов измерения, использующий максимизацию информационного расстояния
2.3. Сравнение критериев и алгоритмов поиска оптимального набора спектральных каналов измерения
2.4. Особенности выбора оптимального набора спектральных каналов измерения для лазерного оптико-акустического газоанализатора, работающего в режиме дифференциального поглощения
2.5. Алгоритмы поиска оптимального набора спектральных каналов измерения
2.6. Анализ возможности использования методик поиска оптимального набора
спектральных каналов измерения для лазерного оптико-акустического газоанализатора, работающего в режиме дифференциального поглощения
2.7. Автоматизированный метод поиска оптимального набора спектральных каналов измерения для лазерного оптико-акустического газоанализатора, работающего в режиме дифференциального поглощения
2.8. Выводы
ГЛАВА 3. ВОССТАНОВЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИЙ ГАЗОВ ИЗ ДАННЫХ
ЛАЗЕРНЫХ ОПТИКО - АКУСТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЯХ МЕТОДОМ ПОИСКА КВАЗИРЕШЕНИЙ

3.1. Восстановление концентраций газов по данным многоспектральных лазерных оптико-акустических измерений
3.2. Метод поиска квазирешений для систем линейных алгебраических уравнений лазерного оптико-акустического газоанализа
3.3. Генетические алгоритмы поиска экстремумов функций многих переменных
3.4. Применение генетических алгоритмов для решения обратной задачи газоанализа методом подбора квазирешений
3.5. Результаты математического моделирования восстановления концентраций газов в многокомпонентных газовых смесях методом поиска квазирешений
3.6. Выводы
ГЛАВА 4. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА ОСНОВЕ ЛАЗЕРНОГО
ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКОГО ГАЗОАНАЛИЗАТОРА
4.1. Структурная схема измерительного комплекса
4.2. Блок управления измерительного комплекса на основе ЛОАГ
4.3. Программное обеспечение измерительного комплекса
4.4. Вакуумный пост
4.5. Методика измерения количественного состава многокомпонентных газовых смесей с использованием разработанного измерительного комплекса
4.5.1. Определение оптимального набора спектральных каналов измерения
4.5.2. Измерение показателей поглощения лазерного излучения анализируемой газовой смесью
4.5.3. Обработка результатов измерений и восстановление значений концентраций компонент анализируемой газовой смеси
4.6. Выводы
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО
ВОССТАНОВЛЕНИЮ КОНЦЕНТРАЦИЙ ГАЗОВ В

измерений во всех возможных (для используемого в приборе источника лазерного излучения) спектральных каналах.
Существует ряд работ посвященных разработке новых и применению существующих критериев и алгоритмов выбора НСКИ для количественного анализа с помощью лазерных газоанализаторов [62-65]. Однако, не все известные критерии и алгоритмы выбора НСКИ пригодны для практического применения в задачах количественного газоанализа с использованием лазерного оптико-акустического газоанализатора, работающего в режиме дифференциального поглощения. Кроме того, многие из описанных критериев не учитывают все факторы, оказывающие достаточно сильное влияние на результаты количественного лазерного газоанализа.
Ниже будут рассмотрены различные критерии и алгоритмы выбора набора спектральных каналов измерения, а также проведено их сравнение в применении к анализу многокомпонентных газовых смесей с помощью лазерного оптико-акустического газоанализатора.
2.2.1. Критерии поиска набора спектральных каналов измерения, основанные на оптимизации характеристик газоанализаторов
В работе [54] были определены и обобщены на основе предыдущих
исследований основные характеристики анализаторов многокомпонентных
смесей: чувствительность и селективность (избирательность).
В качестве определения парциальной чувствительности - у ^
предлагается использовать частную производную сигнала у) в у -ом
измерительном канале по изменению концентрации г-ой компоненты смеси [54]:

Для системы уравнений лазерного газоанализа (1.9) парциальная чувствительность ур равна показателю поглощения к{ г-ого газа в у-ом