光譜吸收式光纖甲烷氣體傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究

【摘要】： 自20世紀(jì)80年代以來,基于光譜吸收的氣體濃度檢測(cè)技術(shù)得到了很大的發(fā)展。利用氣體吸收光譜的特征,實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體濃度的檢測(cè),已成為光纖傳感器的一個(gè)重要研究方向。針對(duì)傳統(tǒng)化學(xué)式甲烷氣體傳感器在使用中存在容易受潮濕、易“中毒”等缺點(diǎn),利用光纖傳感器對(duì)甲烷氣體進(jìn)行濃度檢測(cè),則可以充分發(fā)揮光纖傳感器抗電磁干擾、絕緣、耐水、耐腐蝕的優(yōu)勢(shì)。 根據(jù)氣體存在特征吸收譜線,課題選擇了甲烷氣體在以1653.72m為中心的吸收譜,通過對(duì)甲烷氣體吸收光譜的分析,研究了目前普遍采用的波長(zhǎng)調(diào)制實(shí)現(xiàn)氣體濃度諧波檢測(cè)的方案,明確了光譜吸收式甲烷氣體濃度檢測(cè)的方法。對(duì)檢測(cè)方法中涉及到的各次諧波特征與相互關(guān)系、諧波檢測(cè)基本原理、小信噪比條件下微弱諧波信號(hào)檢測(cè)原理、光源波動(dòng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響等關(guān)鍵技術(shù)做了分析。同時(shí)從工程應(yīng)用的實(shí)際角度出發(fā),提出對(duì)關(guān)鍵技術(shù)中存在問題的解決方法以及實(shí)際所采用的電路結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)中利用AD630平衡調(diào)制器實(shí)現(xiàn)鎖相放大以便實(shí)現(xiàn)微弱諧波信號(hào)的檢測(cè),提高諧波信號(hào)的信噪比。并對(duì)利用二次諧波與一次諧波的比值來消除由光源波動(dòng)引起的影響等做了分析。給出了甲烷氣體諧波檢測(cè)總體方案,明確了光譜吸收式光纖甲烷氣體傳感器試驗(yàn)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),對(duì)其中的主要部分信號(hào)發(fā)生單元、諧波提取和數(shù)字處理部分做了相應(yīng)的試驗(yàn),驗(yàn)證了解決方案的可行性。通過對(duì)光譜吸收式光纖甲烷氣體傳感器系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究,為進(jìn)一步推進(jìn)甲烷氣體光纖傳感器實(shí)用化奠定了一定的基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：甲烷 光譜吸收 諧波檢測(cè) 光纖傳感器
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TP212.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 課題研究的背景及意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3 課題主要研究?jī)?nèi)容14
• 1.4 論文各章安排14-15
• 第2章 光譜吸收式光纖氣體傳感器理論15-32
• 2.1 引言15
• 2.2 吸收式光纖傳感器氣體檢測(cè)基本理論15-24
• 2.2.1 氣體分子光譜理論15-16
• 2.2.2 氣體分子吸收譜線16-19
• 2.2.3 甲烷氣體特征吸收譜線的選擇19-20
• 2.2.4 激光光源的選擇20-24
• 2.3 檢測(cè)方法24-31
• 2.3.1 差分吸收檢測(cè)法24-26
• 2.3.2 頻率調(diào)制諧波檢測(cè)法26-31
• 2.3.3 檢測(cè)方案的比較31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 波長(zhǎng)調(diào)制諧波信號(hào)的分析與檢測(cè)32-52
• 3.1 引言32
• 3.2 波長(zhǎng)調(diào)制諧波信號(hào)分析32-43
• 3.2.1 波長(zhǎng)調(diào)制光譜與頻率調(diào)制光譜32-35
• 3.2.2 諧波探測(cè)理論35-37
• 3.2.3 各次諧波信號(hào)的分析37-39
• 3.2.4 諧波信號(hào)隨調(diào)制系數(shù)的變化39-43
• 3.3 微弱信號(hào)檢測(cè)43-51
• 3.3.1 信號(hào)的相關(guān)檢測(cè)技術(shù)43-46
• 3.3.2 微弱信號(hào)的鎖定檢測(cè)46-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第4章 甲烷氣體濃度檢測(cè)設(shè)計(jì)方案研究52-65
• 4.1 引言52
• 4.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)52-53
• 4.3 系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)53-63
• 4.3.1 調(diào)制信號(hào)單元53-56
• 4.3.2 檢測(cè)信號(hào)單元56-61
• 4.3.3 數(shù)字處理部分61-63
• 4.4 本章小結(jié)63-65
• 結(jié)論65-67
• 參考文獻(xiàn)67-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的論文和取得的科研成果72-73
• 致謝73

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