光譜吸收型光纖甲烷氣體傳感器檢測方案研究

【摘要】： 甲烷是礦井中主要的有害氣體,也是產(chǎn)生溫室效應的最主要氣體之一研究實時、快速檢測甲烷氣體濃度的傳感器具有重要的理論和現(xiàn)實意義。光譜吸收型光纖氣體傳感器與其他氣體傳感器相比具有靈敏度高,氣體鑒別能力強,響應速度快,簡單可靠等優(yōu)點,在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測等領域具有廣闊的應用前景。 本文以甲烷為目標氣體,對光譜吸收型光纖氣體傳感器的檢測方案進行研究。論文首先闡述了光譜吸收型光纖氣體傳感器的基本原理,并對甲烷特征譜線進行分析,選定了位于1653.72m的吸收譜線作為檢測吸收線,并確定其線參數(shù)。其次,較完整的介紹了光譜吸收型光纖氣體傳感器主要檢測技術的基本原理,分析了它們的優(yōu)缺點、應用場合及技術難點等,并對它們的主要性能進行了總結和比較。 論文重點研究了波長調制技術,介紹了其原理和技術難點；采用基于傅立葉變換的模型對波長調制信號進行了分析,在給出頻率調制信號模型的基礎上,對強度—頻率調制信號進行了理論描述,分析了強度調制對信號特性的影響；在理論分析的基礎上,給出了基于波長調制技術的檢測方案的總體結構,并針對方案實現(xiàn)的關鍵問題進行了具體探討和研究,確定了歸一化頻率調制振幅和三角波掃描范圍,提出去除三角波影響的方法和獲取一次諧波中心值的方法；并利用MATLAB軟件進行仿真,驗證理論分析的正確性和方案的可行性。 【關鍵詞】：甲烷 光譜吸收 光纖氣體傳感器 檢測方案 波長調制
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 光纖氣體傳感器概述11-13
• 1.1.1 光纖氣體傳感器的特點11
• 1.1.2 光纖氣體傳感器的分類11-13
• 1.2 課題研究背景及國內外研究動態(tài)13-17
• 1.2.1 課題研究背景13-14
• 1.2.2 光譜吸收型光纖氣體傳感器的國外研究動態(tài)14-16
• 1.2.3 光譜吸收型光纖氣體傳感器的國內研究動態(tài)16-17
• 1.3 課題的研究意義及主要研究內容17-18
• 第2章 光譜吸收型光纖氣體傳感器的理論基礎18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 光譜學基本理論18-24
• 2.2.1 分子的內部運動及能級18-19
• 2.2.2 分子紅外光譜的形成19-20
• 2.2.3 氣體分子選擇吸收理論20
• 2.2.4 氣體分子吸收譜線線型20-22
• 2.2.5 比爾—朗伯定律22-24
• 2.3 光譜吸收型光纖氣體傳感器的工作原理24-25
• 2.4 甲烷氣體特征吸收譜線分析25-27
• 2.4.1 譜線的選擇25-26
• 2.4.2 譜線參數(shù)的確定26-27
• 2.5 本章小結27-28
• 第3章 光譜吸收型光纖氣體傳感器的檢測方法28-40
• 3.1 差分吸收檢測技術28-30
• 3.1.1 單波長差分吸收技術28-29
• 3.1.2 雙波長差分吸收技術29-30
• 3.2 調制技術30-38
• 3.2.1 光強調制31
• 3.2.2 濃度調制31-32
• 3.2.3 波長調制32-38
• 3.3 各種檢測方法的比較38-39
• 3.4 本章小結39-40
• 第4章 波長調制(WM)理論分析40-54
• 4.1 引言40
• 4.2 基于傅立葉變換的理論模型40-51
• 4.2.1 頻率調制(FM)信號模型40-42
• 4.2.2 強度—頻率調制(IM-FM)信號模型42-45
• 4.2.3 仿真分析45-51
• 4.3 基于泰勒級數(shù)展開的分析模型51-53
• 4.4 本章小結53-54
• 第5章 波長調制濃度檢測方案研究54-67
• 5.1 檢測方案總體結構54-55
• 5.2 方案實現(xiàn)關鍵問題分析與仿真55-64
• 5.2.1 歸一化頻率調制振幅m的選擇55-57
• 5.2.2 三角波掃描范圍的確定57-61
• 5.2.3 三角波影響的去除61-63
• 5.2.4 一次諧波中心值的獲取63-64
• 5.3 濃度檢測結果分析64-66
• 5.4 本章小結66-67
• 結論67-69
• 參考文獻69-74
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果74-75
• 致謝75

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