多通道光纖甲烷檢測系統(tǒng)的研究

【摘要】：瓦斯氣體的主要成分是甲烷,易燃易爆,它主要存在于煤礦、石油化工、地鐵隧道等作業(yè)場所,當(dāng)瓦斯的含量超過一定的范圍時(shí)會引發(fā)瓦斯災(zāi)害,嚴(yán)重威脅作業(yè)場所的安全。天然氣和瓦斯類似,其主要成分也是甲烷,隨著天然氣供給網(wǎng)絡(luò)的不斷完善和普及,越來越多的住戶可以享受天然氣帶來的便利和實(shí)惠,同時(shí)天然氣泄露事故頻發(fā),嚴(yán)重威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此,甲烷氣體濃度的檢測具有現(xiàn)實(shí)意義?，F(xiàn)階段,甲烷傳感器大多是單點(diǎn)檢測,且實(shí)時(shí)性差,因此,利用光纖傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)甲烷的多點(diǎn)監(jiān)測具有現(xiàn)實(shí)意義。 光纖甲烷氣體傳感器具有其它類甲烷傳感器不可比擬的優(yōu)勢,開發(fā)多通道光纖甲烷實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)是市場的迫切需要。基于此,本課題對于光纖甲烷傳感器進(jìn)行了深入的研究和探索,開發(fā)出了適應(yīng)于工程化應(yīng)用的多通道光纖甲烷氣體監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、實(shí)時(shí)性好、長期免調(diào)校、組網(wǎng)簡單等特點(diǎn)。 利用光譜吸收技術(shù),選擇近紅外波段中心波長為1665.32nm的分布反饋式半導(dǎo)體激光器(DFB LD)作為光源,用特殊的電流信號驅(qū)動DFB LD發(fā)光,實(shí)現(xiàn)DFB LD的波長和光強(qiáng)的同時(shí)調(diào)制。由于DFB LD的出光波長受溫度的影響,本課題采用Linear公司生產(chǎn)的LTC1923,使DFB LD的管芯溫度保持恒定。采用諧波檢測技術(shù)提取出含有甲烷氣體濃度信息和初始光強(qiáng)的二次諧波信號,提取出只含有初始光強(qiáng)的一次諧波信號,將二次諧波信號和一次諧波信號的比值作為輸出,這樣消除了光強(qiáng)波動帶來的不利影響。因?yàn)槎嗤ǖ拦饫w甲烷氣體監(jiān)測系統(tǒng)中傳感探頭和信號處理電路是分離的,使得對應(yīng)測點(diǎn)的濃度信息傳輸?shù)叫盘柼幚黼娐窌r(shí)產(chǎn)生不同的相位差,利用鎖相放大技術(shù),采用模擬乘法器(MLT04)消除了未知相位差。 為了提高多通道光纖甲烷氣體監(jiān)測系統(tǒng)的響應(yīng)速度,對光纖傳感探頭進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化后的氣室淺而窄,這樣利于氣體的置換,明顯提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。借助ANSYS軟件中的Workbench平臺,對氣室進(jìn)行了靜力學(xué)分析,對光纖傳感探頭進(jìn)行了模態(tài)和跌落分析,分析結(jié)果表明新設(shè)計(jì)的探頭可靠性好。最后,對光纖傳感探頭的防塵防水做了進(jìn)一步的探討。 【關(guān)鍵詞】：多點(diǎn)監(jiān)測 光譜吸收 諧波檢測 鎖相放大 Workbench
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TP274
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題研究的背景與意義10-11
• 1.2 氣體檢測的常用方法11-14
• 1.2.1 光干涉式氣體檢測儀12-13
• 1.2.2 催化燃燒式氣體檢測儀13
• 1.2.3 熱導(dǎo)式氣體檢測儀13
• 1.2.4 光譜吸收式氣體檢測儀13-14
• 1.2.5 常見的氣體檢測儀性能比較14
• 1.3 國內(nèi)外光譜吸收式氣體檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 國外光譜吸收式氣體檢測技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r14-16
• 1.3.2 國內(nèi)光譜吸收式氣體檢測技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r16-17
• 1.4 課題來源及研究內(nèi)容和目的17-19
• 1.4.1 課題來源17-18
• 1.4.2 研究內(nèi)容18
• 1.4.3 研究目的18-19
• 1.5 本章小結(jié)19-20
• 第2章 光譜吸收式光纖甲烷檢測原理20-29
• 2.1 甲烷分子的結(jié)構(gòu)、分子光譜和運(yùn)動形式20-23
• 2.1.1 轉(zhuǎn)動與轉(zhuǎn)動光譜21
• 2.1.2 振動與紅外振動光譜21-22
• 2.1.3 轉(zhuǎn)動-振動光譜22-23
• 2.2 光譜吸收式光纖甲烷檢測原理23-24
• 2.3 可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)24-28
• 2.3.1 TDLAS系統(tǒng)基本原理25-26
• 2.3.2 波長調(diào)制和諧波檢測技術(shù)26-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第3章 多通道光纖甲烷檢測系統(tǒng)的研究29-46
• 3.1 甲烷氣體吸收峰及光源的選擇29-31
• 3.2 光路補(bǔ)償技術(shù)的研究31-34
• 3.2.1 參考?xì)馐夜饴费a(bǔ)償法31-33
• 3.2.2 特殊光源激勵(lì)光路自補(bǔ)償法33-34
• 3.3 多通道光纖甲烷檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)34-45
• 3.3.1 多通道光纖甲烷檢測系統(tǒng)的研究方案34-36
• 3.3.2 光源驅(qū)動電路36-38
• 3.3.3 光源恒溫控制電路38-41
• 3.3.4 光電轉(zhuǎn)換電路41-42
• 3.3.5 倍頻電路42-43
• 3.3.6 鎖相解調(diào)電路43-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第4章 光纖甲烷傳感探頭的設(shè)計(jì)46-64
• 4.1 常見的幾種氣室結(jié)構(gòu)46-49
• 4.1.1 GRIN氣室46-48
• 4.1.2 White池48-49
• 4.1.3 Herriott池49
• 4.2 氣室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)49-54
• 4.2.1 氣室結(jié)構(gòu)優(yōu)化50-53
• 4.2.2 氣室防塵防水措施53-54
• 4.3 氣室可靠性分析和試驗(yàn)54-63
• 4.3.1 氣室的靜力學(xué)結(jié)構(gòu)分析54-57
• 4.3.2 傳感探頭模態(tài)分析57-59
• 4.3.3 傳感探頭振動試驗(yàn)59-60
• 4.3.4 傳感探頭跌落仿真60-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 第5章 多通道光纖甲烷檢測系統(tǒng)的測試64-70
• 5.1 實(shí)驗(yàn)室條件下系統(tǒng)測試64-66
• 5.2 多通道光纖甲烷檢測系統(tǒng)在油庫中的應(yīng)用66-70
• 第6章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 全文總結(jié)70-71
• 6.2 后續(xù)展望71-72
• 致謝72-73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 附錄A76

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內(nèi)腔式甲烷喇曼激光器特性研究    苑高強(qiáng);賈選軍;劉玉巖;

基于單片機(jī)的低功耗甲烷檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)    鄭耀添;

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一種光纖甲烷檢測儀智能前端系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案    任建強(qiáng);

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基于PANI/PdO復(fù)合薄膜的壓電甲烷傳感器    李影;童敏明;唐守鋒;

甲烷傳感器的智能化設(shè)計(jì)    周元華;

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光譜吸收在瓦斯檢測中的應(yīng)用    李雯;陳國民;

采用新型相關(guān)光譜法的光纖氣體傳感器    董小鵬;付松年;游佰強(qiáng);

基于DFB LD的光纖甲烷濃度傳感系統(tǒng)研究    王鵬;張記龍;王志斌;李曉;田二明;閻鶴;

特種光纖及器件    蔡青;

三亞灣水體的光譜分布及顆粒物的光譜吸收模式    楊頂田;曹文熙;楊躍忠;李彩;

全光纖瓦斯傳感系統(tǒng)研制及其在煤礦中的應(yīng)用    魏玉賓;倪家生;李艷芳;王昌;劉統(tǒng)玉;

還原和氧化處理對SBN晶體光譜吸收特性的影響    趙建林;S.Kapphan;

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光譜吸收型CO氣體傳感器的研究    王曉麗;劉瑾;周潯;

火星表層甲烷氣體變化異常    華凌

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讓城市不再為垃圾困擾    本報(bào)記者 朱衛(wèi)衛(wèi)

黑海深處發(fā)現(xiàn)水化甲烷    記者 劉鋼

ASP拼的是服務(wù)    網(wǎng)訊

用戶至上：密友的世紀(jì)追求    本報(bào)記者 王亞麗

把二氧化碳埋起來    楊貴蘭

美興建最貴學(xué)校遭質(zhì)疑    本報(bào)記者 唐見端

基于光譜吸收光纖甲烷氣體傳感系統(tǒng)的研究    郭增軍

基于光譜吸收的光纖式有害氣體測量技術(shù)的研究    王艷菊

光譜吸收式光纖氣體檢測理論及技術(shù)研究    張可可

基于橫向剪切干涉系統(tǒng)的甲烷氣體濃度檢測的研究    張學(xué)鋒

基于光譜吸收的瓦斯檢測技術(shù)及實(shí)驗(yàn)研究    吳希軍

甲烷與一氧化碳濃度光學(xué)檢測    曲藝

光譜吸收型光纖氣體傳感技術(shù)研究    齊潔

水解酸化-UNITANK-BAF工藝處理制藥廢水的研究    郎咸明

強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器建模分析與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)    朱珊瑩

衛(wèi)星紅外輻射特性研究    張偉清

多通道光纖甲烷檢測系統(tǒng)的研究    魏凱

煤礦安全檢測系統(tǒng)中甲烷氣體檢測儀的研制    徐珍

光纖甲烷氣體濃度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    柴航

甲烷氣體監(jiān)測的可調(diào)諧多模二極管激光光譜技術(shù)研究    高強(qiáng)

便攜式甲烷氣體檢測儀    劉飛

光譜吸收式光纖甲烷氣體傳感系統(tǒng)的研究    劉瑾

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