乙烯(C2H4)作为一种植物催熟激素,既能促进果蔬成熟也会加速其衰老,采摘后的果蔬在贮藏和运输过程中,乙烯浓度的高低会直接影响新鲜程度;同时,乙烯也是影响大气化学特性和臭氧(O3)产生的重要气体,会对环境造成一定程度的污染;此外,乙烯具有易燃性,与空气混合能够生成爆炸性物质,常被用作预示煤层自燃的指示气体。因此,开展乙烯浓度的检测对于农产品保鲜、环境保护和安全生产等方面有着重要意义。可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)作为一种气体检测技术,具有灵敏度强、选择性好、光谱分辨率高的优点。本文基于TDLAS技术,设计了乙烯气体浓度检测系统,主要的研究内容如下:1.在气体吸收原理的基础上,对TDLAS技术基本理论进行研究,对比直接吸收法与波长调制法,阐述了波长调制技术的优点,给出了基于TDLAS技术的乙烯浓度检测依据,进行了乙烯气体吸收谱线的选择。2.设计了乙烯气体浓度检测系统,对检测系统中各组成模块的功能和参数进行了分析,对激光器在不同温度下的二次谐波信号及其特征值进行了研究,给出了适合本系统的工作参数。3.针对乙烯气体浓度检测系统,基于MATLAB仿真软件建立了其仿真模型;分析了系统噪声的来源,研究了电学和光学噪声,仿真出热噪声、散粒噪声、激光器相对强度噪声和光学干涉条纹,研究四种滤波算法对噪声的处理效果,选取了最佳滤波算法,研究了不同噪声强度和光学干涉条纹间距与谐波信号特征值的关系曲线;研究了激光器的线宽特性,提出了一种解决激光器线宽对气体吸收谱线影响的方法,为后续数据处理,提高系统检测限提供了理论依据。4.设计了 LabVIEW监控软件,实现了对乙烯气体浓度数据的采集和处理;建立了扫描周期对齐、误差分析与剔除、周期信号平均、数据滤波、背景扣除的数据处理流程,运用该处理流程检测了多浓度乙烯气体;以50ppm乙烯作为参考信号,对未知浓度乙烯进行了检测,采用最小二乘法进行曲线拟合,实现了乙烯气体的浓度反演。