基于相關(guān)光譜法的差分光纖甲烷傳感系統(tǒng)設(shè)計

【摘要】： 近年來,我國煤礦事故頻繁發(fā)生,且以瓦斯爆炸為主,給礦工的生命和國家財產(chǎn)安全已造成嚴重威脅。甲烷是瓦斯的主要成分,及時準確地檢測甲烷濃度對工礦安全生產(chǎn)和環(huán)境監(jiān)測有著極其重要的意義。光纖氣體傳感技術(shù)是一項正在發(fā)展中的高精度測試技術(shù)。論文以氣體濃度檢測為目的,進行基于相關(guān)光譜的差分甲烷光纖檢測系統(tǒng)的研究。論文的主要工作如下: 首先,論述了近紅外吸收型光纖氣體傳感器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,介紹了光纖氣體傳感中的基本檢測技術(shù)。通過對分子光譜理論的分析,給出氣體吸收測量的理論基礎(chǔ),為傳感器數(shù)學(xué)模型的建立奠定理論基礎(chǔ)。 其次,設(shè)計了兩種簡單的單波長差分吸收檢測系統(tǒng),并且詳細分析了兩種差分吸收系統(tǒng)的優(yōu)缺點。在對兩種差分吸收系統(tǒng)理論推導(dǎo)和參數(shù)分析的基礎(chǔ)上,進行了改進,利用了相關(guān)光譜的優(yōu)點設(shè)計出一種新的基于相關(guān)光譜的差分甲烷光纖檢測系統(tǒng)。 最后,闡述了甲烷檢測系統(tǒng)中光源、氣室、光電探測器以及光路部分和電信號檢測部分的特性及對測量的影響;在現(xiàn)有的實驗條件下,對光源光譜特性、甲烷近紅外吸收特性、檢測信號和氣體濃度的關(guān)系以及系統(tǒng)的重復(fù)性和穩(wěn)定性進行了實驗研究,給出了實驗結(jié)果,驗證了檢測系統(tǒng)的可行性。 【關(guān)鍵詞】：近紅外吸收 差分吸收系統(tǒng) 相關(guān)光譜 鎖相放大技術(shù) 參考光路 測量光路
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TP212.14
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題研究的背景與意義10
• 1.2 氣體檢測方法概述10-11
• 1.3 光纖氣體傳感檢測技術(shù)11-18
• 1.3.1 光譜吸收型光纖氣體傳感檢測技術(shù)11-12
• 1.3.1.1 單波長光譜吸收檢測技術(shù)11-12
• 1.3.2 光譜吸收型差分檢測技術(shù)12-14
• 1.3.2.1 寬帶光源差分吸收檢測技術(shù)12-13
• 1.3.2.2 窄帶光源的差分吸收檢測技術(shù)13-14
• 1.3.3 光譜吸收型諧波檢測技術(shù)14-17
• 1.3.3.1 窄帶光源諧波檢測技術(shù)15-16
• 1.3.3.2 寬帶光源諧波檢測技術(shù)16-17
• 1.3.4 光腔衰蕩光譜技術(shù)和有源腔氣體檢測技術(shù)17-18
• 1.4 光纖氣體傳感器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-20
• 1.5 課題研究的目的和意義20-21
• 1.6 論文的主要研究內(nèi)容21-22
• 第2章 光纖氣體檢測機理22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 氣體分子光譜理論22-28
• 2.2.1 分子的運動形式及能級結(jié)構(gòu)22-23
• 2.2.2 多原子分子的躍遷能級結(jié)構(gòu)及其光譜23-24
• 2.2.3 氣體分子吸收線形與展寬24-28
• 2.3 甲烷氣體分子的近紅外選擇吸收28-30
• 2.4 基于近紅外吸收機理的光纖氣體檢測原理30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第3章 新方案的設(shè)計分析及其選擇32-40
• 3.1 引言32
• 3.2 單波長差分檢測的基本原理32-34
• 3.3 光纖傳感系統(tǒng)設(shè)計框圖及其設(shè)計方案34-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第4章 光纖傳感系統(tǒng)主要部件選擇與性能分析40-54
• 4.1 引言40
• 4.2 檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)40
• 4.3 光纖傳感光源分析與選擇40-45
• 4.3.1 超窄線寬光纖激光器41-42
• 4.3.2 分布反饋式半導(dǎo)體激光器（DFB LD）42-44
• 4.3.3 發(fā)光二極管(LED)44-45
• 4.3.4 光源的選擇45
• 4.4 氣室的結(jié)構(gòu)選擇與分析45-46
• 4.5 光路與光纖耦合部分46-47
• 4.6 光電轉(zhuǎn)換與信號處理部分47-53
• 4.6.1 光電轉(zhuǎn)換部分47-50
• 4.6.2 信號的檢測與處理部分50-53
• 4.7 本章小結(jié)53-54
• 第5章 甲烷氣體檢測的實驗研究54-66
• 5.1 引言54
• 5.2 光源的光譜特性實驗54-56
• 5.3 甲烷的吸收譜實驗56-61
• 5.4 相關(guān)光譜法差分光纖系統(tǒng)檢測甲烷濃度實驗61-63
• 5.5 檢測系統(tǒng)的干擾氣體實驗、重復(fù)性和穩(wěn)定性實驗63-65
• 5.5.1 重復(fù)性實驗64-65
• 5.5.2 穩(wěn)定性實驗65
• 5.6 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻68-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔的科研任務(wù)與主要成果73-74
• 致謝74-75
• 作者簡介75

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