《气体快速检测问题研究开题报告文献综述3800字》

一．拟开展研究工作摘要（不超过500字）。工业和生活中大部分气体都具有吸收一定波长范围红外光的特点。基于红外线分析原理的气体检测设备，具有便捷、高效率、成本低、一致性好和在线分析便捷等特点，并且不会损坏样品。红外气体吸收由LambertBill定律决定，该定律揭示了气体的吸收和性质的大小，光路与气体浓度直接相关。本人申请专业为仪器科学与技术，拟开展气体分析检测方法的研究。根据导师的建议，本人拟开展红外光谱法在快速检测气体方向的研究，目标是实现在一分钟内快速检测，也就是快速检测在光谱法测定气体方面的应用，用红外光谱法测定气体浓度，并且实现快速无损检测，最后能开发设计一款快速检测仪器。荧光光谱法在多种气体检测中得到应用，径向基函数（RBF）神经网络通过人工蜂群（ABC）算法优化，目前被作为一种新方法被用于多环芳烃的检测。与普通RBF相比，人工蜂群（ABC）算法优化的RBF功能更加精确，收敛时间短，得到全局最优解的能力更强。我将深入研究人工蜂群（ABC）算法，并把优化的径向基函数（RBF）神经网络，应用于气体浓度的快速检测，从而得到更小的预测误差。二、拟开展研究内容。红外检测单元是关键部件之一。它通常包括红外光源、切割电机、切割片、气室、精密过滤器、检测元件和前置放大器等组成。红外线传感器，其红外吸收和探测率高，响应时间短，目前正在从单一器件、单一集成向多方向发展，探测器波长也正在趋向长波段。红外光谱分析可以用来研究分子的结构和化学键，同时可以用来表征和识别化学物质。红外光谱具有明显的特征，可以通过标准化合物的红外光谱比较来进行分析。将几套标准的红外光谱组合成一份文档，可以存储在计算机中，用来比较这些配置文件的存储和检索，进行新气体的分析鉴定。这是我将来打算研究工作的第一部分内容，包括红外检测单元。多环芳烃来源于多个方面，比如化工厂污染物排放，有机物的不完全燃烧，路面交通物气体排放等，对人类的健康产生极大损害。荧光光谱法在多种气体检测中得到应用，径向基函数（RBF）神经网络通过人工蜂群（ABC）算法优化，目前被作为一种新方法被用于多环芳烃的检测。与普通RBF相比，人工蜂群（ABC）算法优化的RBF功能更加精确，收敛时间短，得到全局最优解的能力更强。我们可以尝试，研究人工蜂群（ABC）算法，并用它优化的径向基函数（RBF）神经网络，来进行气体浓度的快速检测，从而得到更小的预测误差。目前这也是一个比较有创新性的方案。三、拟开展研究项目的背景及国内外现状（列出必要的、直接引用的中外文参考文献）。随着我国居民生活质量的提高以及工业发展迅速,目前需要对工业生产和社会生活中的诸多环节进行实时在线气体检测,以确保生产生活的顺利进行。对源头气体、中间气体和废气检测是气体检测的组成部分。在各种气体检测技术中，基于近红外吸收光谱检测技术正受到越来越广泛的青睐。常用的气体检测技术包括：电化学法气体传感检测、半导体法气体传感检测、气相色谱法检测和光学法检测。电化学法缺陷在于：外部温度易对检测结果产生作用；其他气体易对传感器产生干扰。半导体法缺陷在于：必须工作在高温环境下；对气体种类的选择性差；稳定性差、功耗高。气相色谱法缺陷在于：分析周期长；技术含量高，难以实现现场在线检测。光学法检测的优点包括：分辨率高、特征鉴别性强、寿命长、非接触检测以及响应速度快等。光学气体检测技术在国外发展较早，已经延伸出多个技术分支，并且开始逐步应用于生产生活，市场化效果良好。从二十世纪七十年代以来，美国名校MIT的E.D.Hinkley首次阐述了高分辨率的TDLAS技术，加拿大高校McMaster的J.Reid进行了基于光谱分析的激光气体检测技术的研究，并提出了谐波检测分析概念，直接推动了基于激光光谱分析的谐波分析原理。H.Inaba和K.than在TokyoUniversity进行了基于LED的光谱分析和光纤配合的遥距气体测量技术，在二十世纪七十年代末完成了多位置浓度的测量。1998年来自苏格兰UniversityofStrathclyde的G.Stewart和B.Culshaw通过波分复用完成了128点的多点测量，研发了微小检测室，分析了扰动气室的原因。TokyoGas于1999年研发了一种便携式光学甲烷测量设备。2003年Stanford利用激光光谱检测技术进行了气体的燃烧诊断检测。2011年Umeauniversitet使用了谐波检测方法对一氧化碳进行复杂条件测量，谐波检测技术相对于普通的基于光谱的气体检测技术来说，因为对低频噪声的有效抑制而拥有更高的灵敏度。后来，Gregory和Hanson等人则提出通过部分谐波波形来反演气体信息的方法。我国在光学气体检测领域开始研究相对较晚，但近年来在该领域投入很大，与发达国家距离正在逐步缩小，已经实现了不少该领域技术的持平甚至赶超。中科院物理研究所成功研制了我国第一台红外吸收光谱气体检测系统，天津大学、浙江大学、中科院北京半导体物理研究所、香港理工大学等科研院所和高校都为红外吸收光谱检测技术做出了贡献。其中，在2000年浙江大学的叶显峰通过1.3um的LED出光完成了甲烷气体的1300ppm分辨率测试。同年，燕山大学的王玉田等人成功将多个光纤气体传感器复用，实现了气体传感器阵列设计，检测达到300ppm。在2004年，AnhuiInstituteOfOpticsandFineMechanics开始了基于光纤的非单一甲烷测量、遥测测量、痕量测量，还进行了大气测量和机动车尾气测量实验。2007年ShandongAcademyofSciences完成了将光学气体传感器装置在矿井和垃圾集中处理等地。2011年HarbinInstituteofTechnology的曹家年、张可可等人进行了使用垂直腔面发射激光器（VCSEL）的可调谐激光光谱技术研究。2017年，燕山大学的王书涛等人提出了荧光光谱法和ABC-RBF神经网络在多环芳烃浓度检测中的应用。附参考文献：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，郑龙江，等.光线气体传感器的研究[J]，燕山大学学报.2000,24(4)：309-312.9.王敏，张玉钩，刘文清，等．可调谐二极管激光吸收光谱二次谐波检测方法的研究［Ｊ］．光学技术，2005，31（2）：279-281.10.魏玉宾，刘统玉，王哲，等．新型光纤瓦斯监测仪在瓦斯抽采发电上的应用[J]．金属矿山，2009（s1）：543-545.11.曹家年，张可可，王琢，等．可调谐激光吸收光谱光纤甲烷传感器研究[J]．哈尔滨工程大学学报，2011,32(3)：366-371.12.单元伟.红外线气体分析仪在检测甲烷中的应用[J].2017.13.王书涛，郑亚南，王志芳，et.al.荧光光谱法和ABC-RBF神经网络在多环芳烃浓度检测中的应用[J].发光学报，2017.14.邓昊.乙炔近红外吸收光谱理论及检测技术研究[硕士学位].2017.15.叶树彬.傅里叶变换红外光谱定性识别分析方法研究[博士学位].2017.16.李金义，田鑫丽，et.al.呼出气体中内源性丙酮的激光光谱检测[J].激光杂志，2018.17.周彧.基于7.6μm量子级联激光的N_2O传感技术研究[博士学位].2018.18.胡映琳.长程吸收光谱技术在二氧化碳检测中的运用[J].2018.19.叶年年，冯若尘，田思雨，et.al.基于TDLAS的甲烷气体检测技术综述[J].2019.20.张晓春，宋庆利，曹永，et.al.国产傅立叶变换红外光谱温室气体在线监测仪及其在大气本底监测中的初步应用[J].大气与环境光学学报，2019.四．研究方案，包括所需理论基础、具体研究路线与方法，研究所需的仪器、设备名称、其它软硬件支持等。研究方案：通过国内外文献和书籍，理解红外气体吸收遵循的朗伯-比耳（LambertBill）定律，熟悉国内外快速气体检测的新动向和新的技术。红外光谱分析可以用来研究分子的结构和化学键，同时可以用来表征和识别化学物质。红外光谱具有明显的特征，可以通过标准化合物的红外光谱比较来进行分析。将几套标准的红外光谱组合成一份文档，可以存储在计算机中，用来比较这些配置文件的存储和检索，进行新气体的分析鉴定。荧光光谱法在多种气体检测中得到应用，径向基函数（RBF）神经网络通过人工蜂群（ABC）算法优化，目前被作为一种新方法被用于多环芳烃的检测。与普通RBF相比，人工蜂群（ABC）算法优化的RBF功能更加精确，收敛时间短，得到全局最优解的能力更强。未来，我将研究人工蜂群（ABC）算法，并把优化的径向基函数（RBF）神经网络，应用于气体浓度的快速检测，从而得到更小的预测误差。研究所需的仪器：红外线气体分析仪、红外线传感器、FS920荧光光谱分析仪、其他化学气体设备等。五．研究内容的创新点（不超过300字）。红外光谱分析可以用来研究分子的结构和化学键，同时可以用来表征和识别化学物质。红外光谱具有明显的特征，可以通过标准化合物的红外光谱比较来进行分析。将几套标准的红外光谱组合成一份文档，可以存储在计算机中，用来比较这些配置文件的存储和检索，进行新气体的分析鉴定。建立一份由几套标准的红外光谱组成的文档，可以存储在计算机中，用来比较这些配置文件的存储和检索，用于新气体的分析鉴定。荧光光谱法在多种气体检测中得到应用，径向基函数（RBF）神经网络通过人工蜂群（ABC）算法优化，目前被作为一种新方法被用于多环芳烃