光纖甲烷氣體傳感研究

【摘要】：甲烷是瓦斯氣體的主要成分,而煤礦瓦斯爆炸事故頻發(fā),不僅帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,更是造成了巨大的人員傷亡。因此實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)煤礦下甲烷氣體,是非常重要的。目前礦井下的傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法存在著不安全、不方便等缺點(diǎn),基于光譜吸收式原理的光纖甲烷氣體傳感,有著安全性能高、受環(huán)境因素影響小、適于遠(yuǎn)距離測(cè)量且準(zhǔn)確度高、易于組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn),受到越來(lái)越多的重視。 本論文分析了甲烷氣體紅外吸收的原理,對(duì)甲烷的吸收譜線、吸收系數(shù)進(jìn)行了研究,在對(duì)比了幾種解決方案的特點(diǎn)后,提出了用差分法來(lái)檢測(cè)甲烷濃度,并在此之上用梳狀濾波進(jìn)行了改進(jìn)。通過仿真分析得出,在低濃度時(shí)氣體濃度與輸出的信號(hào)參考光比值成線性關(guān)系。 本實(shí)驗(yàn)用的是SLED寬譜光源。在光路部分,寬帶濾波器濾出所需的波段;氣室用來(lái)氣體的通入導(dǎo)出;傳感單元選擇了準(zhǔn)直器級(jí)聯(lián)型和多次反射型兩種光學(xué)傳感探頭,因?yàn)楹笳邔?shí)用的可能性更高,所以實(shí)驗(yàn)時(shí)用的是后一種;另外設(shè)計(jì)了一個(gè)光解復(fù)用器,用來(lái)分出信號(hào)光與參考光。 最后我們?cè)敿?xì)介紹了所用寬譜光源和光電探測(cè)器的原理和各項(xiàng)性能指標(biāo),并介紹了模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原理。 根據(jù)本系統(tǒng)做了實(shí)驗(yàn),分析數(shù)據(jù)后結(jié)果表明方案可行,能滿足低濃度測(cè)量要求,但也存在誤差,并對(duì)誤差做了討論分析。系統(tǒng)還需進(jìn)一步改進(jìn)和測(cè)試。理論上,本系統(tǒng)探測(cè)的精度可達(dá)410ppm。 【關(guān)鍵詞】：光纖甲烷氣體傳感 甲烷 吸收系數(shù) 差分檢測(cè) 濾波器 光纖準(zhǔn)直器
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TN253;TP212.14
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 緒論8-11
• 1.1 引言8
• 1.2 光纖氣體傳感介紹8-9
• 1.3 基于光譜吸收型光纖甲烷氣體傳感探測(cè)器的研究進(jìn)展9-10
• 1.4 本論文主要研究工作10-11
• 2 光纖甲烷氣體傳感探測(cè)的原理11-25
• 2.1 甲烷氣體的近紅外吸收原理11
• 2.2 甲烷氣體吸收譜線研究11-15
• 2.3 甲烷濃度信息檢測(cè)方法15-20
• 2.4 最終確定的檢測(cè)方法—差分檢測(cè)法20-23
• 2.5 系統(tǒng)總架構(gòu)研究23
• 2.6 差分檢測(cè)結(jié)果仿真分析23-24
• 2.7 本章小結(jié)24-25
• 3 差分檢測(cè)系統(tǒng)傳感光路研究25-34
• 3.1 氣體吸收光路設(shè)計(jì)理論分析25-26
• 3.2 光纖26
• 3.3 氣室研究26-27
• 3.4 光纖傳感探頭的研制27-30
• 3.5 CWDM 寬帶濾波器30-31
• 3.6 梳狀濾波器及光解復(fù)用器31-33
• 3.7 本章小結(jié)33-34
• 4 光源及探測(cè)裝置的研究34-45
• 4.1 寬譜光源的研究34-37
• 4.2 光電探測(cè)器37-42
• 4.3 A/D 數(shù)據(jù)采集42-44
• 4.4 本章小結(jié)44-45
• 5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和系統(tǒng)性能分析45-58
• 5.1 SLED 寬譜光源的測(cè)試結(jié)果45-47
• 5.2 濾波器測(cè)試結(jié)果47-49
• 5.3 系統(tǒng)損耗測(cè)試49
• 5.4 光源波動(dòng)影響測(cè)試49-50
• 5.5 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析50-54
• 5.6 傳感器分段擬合法54-56
• 5.7 系統(tǒng)性能分析56-57
• 5.8 本章小結(jié)57-58
• 6 全文總結(jié)58-59
• 7 展望59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻(xiàn)61-63

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