4.3 信号与浓度和压强的关系 12

4.4 浓度误差及分析 15

4.5 本章小结, 16

5 结论 17

参考文献 18

致谢 21

1绪论

 1.1 课题背景

在人们享受着经济和现代工业快速发展带来便捷的同时，也无法回避其产生的负面影响。严重的环境和生态问题从方方面面威胁着人类。尽管人类试图探索发现适宜居住的第二星球，然而，截止到目前为止毫无任何进展。因此，采取环境保护措施刻不容缓。随着“绿色出行”等口号的提出，人们切实将环境保护落实到日常生活中，节能减排等环保理念也逐渐深入人心。同时，精确且高效的检测手段和检测仪器在环境保护方面不可或缺[1]。而现阶段大多数检测设备在检测气体浓度方面，存在着诸多问题，比如：可检测的物质种类少，精确度不达标等。

虽然乙烯仅由碳和氢两种元素组成，结构简单，但是其产量至关重要。乙烯产业是石油化工产业的核心。其产量的高低关乎着国家石油化工水平。从负面角度来看，乙烯对环境等方面的危害不容忽视。

从环境角度来讲，乙烯被确定为在地层表面形成臭氧的首要污染物。因其光化学性质活泼，暴露在阳光下易导致光化学烟雾的生成。光化学烟雾会刺激人体器官，轻度则引起发炎，重度可导致哮喘，甚至有损视力。光化学烟雾不仅威胁人类和动物的健康，而且影响植被生长，甚至妨碍交通有序进行，导致交通事故增加。乙烯气体具有麻醉效果。人体若吸入浓度较大的乙烯气体，会丧失意识。如果人体接触乙烯时间较久，则会导致身体不适，引起人体各个系统功能非正常运作。

从农业和园艺角度来讲，乙烯是一种植物激素。它一方面调节着植物萌芽，开花，另一方面促进果实成熟和衰老等过程。它在植物的生命周期中扮演者无可替代的角色。

从工业生产安全角度来讲，乙烯易燃，不充分燃烧会产生有毒气体一氧化碳。乙烯与空气混合易爆炸。我国作为煤炭高产的国家之一，安全生产至关重要。除瓦斯气体外，乙烯则被规定为煤层自燃的指示性气体[2]。

从医学角度来讲，乙烯已被确定为放射治疗过程中合适的生物标志物。

1.2 检测气体的常见方法

气体的检测方式不计其数。基于不同原理，能分成光谱法和非光谱法[3]。

非光谱法中，气相色谱法、光干涉法等被频繁运用。其中，气相色谱法通过传递样品，由惰性气体 (流动相) 携带, 通过包含固体或液态基质 (固定相) 的色谱柱，可以与分析物进行交互。不同气体通过固定相位的速率取决于它们与固定相位的相互作用的强度。气相色谱法还在石油化工领等域发挥检测作用[4]。但由于操作过程耗时较久，需惰性气体协助等多方原因，气相色谱法在现场实时监测中不常被采用。光干涉法[5,6]则是利用不同气体折射率之间的差异对气体进行检测。检测系统需要设计两个气室。由于两束光线穿过气室的过程中产生光程差，汇聚后形成干涉条纹[7]。在实际操作中，需确保两气室压强和温度相同，便可检测出气体的相关量。由此可见，非光谱法易受外界因素影响且检测气体数目局限。

光谱法将测量到的气体光谱相关参数，运用公式运算后，得到浓度及组分信息。因该方法优点突出，比如，测量精度高，可检测不同种类气体，已成为现阶段检测气体的首选方法。光谱法主要有光声光谱法、TDLAS法等。光声光谱法利用光声效应[8]。待测气体吸收光源能量，并转化成热能。热能的改变引起温度和压强的变化。激光器受周期性调制后，压强随之改变，导致声波形成。利用采集到的声波信号，实现气体检测。TDLAS法是用特定的激光频率扫描气体特殊的吸收线，从而实现气体测量。由于气体分子吸收线的不同，可以避免其他气体谱线对实验干扰。其中，近红外可调谐激光器性价比高[9]，室温条件下便可工作，有利于实现现场实时监测。 TDLAS高压环境下的乙烯检测方法(2):http://www.chuibin.com/wuli/lunwen_205944.html