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火灾是各种灾害中发生最频繁且极具毁灭性的灾害之一,它遍及城市乡村,造成人员伤亡、财产损失、环境污染甚至生态失衡。在所有火灾中都会产生大量烟气,火灾烟气具有非常大的毒性,是威胁人员安全的最主要因素,也是进行火场扑救时的重要障碍。因此,能够同时进行火场烟雾浓度和多种毒性气体浓度的监测非常重要。而现有的检测设备并不能同时满足火场毒性气体检测所要求的实时性、多组分、高灵敏度、强的气体选择性。针对以上要求,本文对基于波长调制光谱的火场多参量(包括火场烟雾浓度和多种毒性气体浓度)的同时在线监测进行了探索和试验研究。
本文选取CO<,2>、CO和HCN三种典型气体作为待检测气体。采用波长调制光谱方法,辅以分时复用系统方案,选用DFB半导体激光器,对多路激光器进行波长调制,取得包含火场多参量信息(CO<,2>、CO、HCN浓度及烟雾浓度)的光谱数据,通过背景扣除和最小二乘法等方法对光谱数据进行分析处理,同时获得CO<,2>、CO、HCN浓度及烟雾浓度。
在研究过程中,设计研制了多通道激光控制器,可以同时对四只激光器按照时分复用的方式进行电流驱动和温度控制,实现波长扫描和波长调制,以满足系统要求。设计开发了数据采集软件,实现对测量到的实验数据的实时同步采集,并保存处理。搭建了实验系统,利用怀特池对选择的三种待测气体的二次谐波谱线进行了测量;同时利用怀特池外部光路对烟雾浓度进行测量。采用背景扣除算法,辅以最小二乘法等方法,对数据采集系统采集到的测量数据进行分析处理,验证了系统可行性,为后续研究工作打下基础。