光纖甲烷氣體傳感系統(tǒng)的研究

【摘要】： 甲烷作為瓦斯、天然氣、沼氣等的主要成分,是易燃易爆氣體。因此,對環(huán)境中的甲烷氣體成分進(jìn)行準(zhǔn)確測量,可以避免和預(yù)防災(zāi)害性事故的發(fā)生,從而保證公共安全。在甲烷氣體的各種測量方法中,目前研究的熱點是基于紅外光譜吸收原理,即通過檢測甲烷氣體對特定吸收峰波長光源的能量吸收,實現(xiàn)對甲烷的濃度測量。而且近紅外波段的光纖甲烷氣體檢測,因其實用性強、受環(huán)境影響小、易于組網(wǎng)和適合遠(yuǎn)距離測量等特點,受到越來越多的重視。 論文基于近紅外光譜吸收氣體傳感原理,通過對甲烷氣體的近紅外吸收光譜特性曲線進(jìn)行分析,選定了系統(tǒng)測量吸收峰波長。采用相應(yīng)波長的DFB半導(dǎo)體激光器作為測量光源,利用頻率調(diào)制諧波檢測方法,分析了甲烷氣體吸收的諧波檢測數(shù)學(xué)模型,從而檢測出甲烷氣體濃度信息。 論文設(shè)計了激光光強穩(wěn)定控制模塊,并實現(xiàn)了光源中心波長與甲烷氣體吸收峰的精確鎖定控制;設(shè)計了體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的微光學(xué)傳感單元,采用光纖準(zhǔn)直器用于激光準(zhǔn)直及擴束,其精密的一體化設(shè)計減少了分立器件引起的光路干擾,提高了光的耦合效率;根據(jù)實測氣體吸收信號特點,采用鎖相放大技術(shù)進(jìn)行弱信號檢測,設(shè)計了一種適合甲烷氣體測量的鎖相放大模塊。 在實際測試中,利用本系統(tǒng)對甲烷氣體試樣進(jìn)行了測量,其結(jié)果證明了所設(shè)計系統(tǒng)的可行性。最后,分析了系統(tǒng)存在的問題及應(yīng)該改進(jìn)的內(nèi)容。 【關(guān)鍵詞】：光纖氣體傳感 光譜吸收 甲烷 諧波檢測 微光學(xué)傳感單元 鎖相放大
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TP212.1
【目錄】：

• 第一章 緒論7-14
• 1.1 課題的背景及研究意義7-8
• 1.2 光纖氣體傳感技術(shù)介紹8-13
• 1.2.1 光纖氣體傳感器的分類8-11
• 1.2.2 光譜吸收式光纖氣體傳感技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 課題研究內(nèi)容13-14
• 第二章 光纖甲烷氣體的傳感原理及檢測方法14-28
• 2.1 基本原理14-19
• 2.1.1 氣體分子近紅外選擇吸收14
• 2.1.2 氣體分子吸收譜線14-17
• 2.1.3 甲烷氣體特征吸收譜線的選擇17-18
• 2.1.4 光譜吸收式光纖甲烷氣體傳感的基本原理18-19
• 2.2 檢測方法19-26
• 2.2.1 差分吸收檢測法19-20
• 2.2.2 頻率調(diào)制諧波檢測法20-26
• 2.2.3 系統(tǒng)檢測方案的選擇26
• 2.3 系統(tǒng)的總體設(shè)計26-28
• 第三章 光源模塊及微光學(xué)傳感單元28-43
• 3.1 光源部分28-36
• 3.1.1 光源的選擇28-32
• 3.1.2 光源驅(qū)動及穩(wěn)光電路32-33
• 3.1.3 溫控電路33-34
• 3.1.4 調(diào)制電路34-36
• 3.2 光纖36-39
• 3.2.1 光纖的分類36-37
• 3.2.2 光纖的傳輸特性37-38
• 3.2.3 光纖的耦合38
• 3.2.4 系統(tǒng)光纖的選擇38-39
• 3.3 光纖分路器39-40
• 3.3.1 熔融拉錐式光纖分路器（Fused Fiber Splitter）39
• 3.3.2 平面光波導(dǎo)分路器（PLC Splitter）39-40
• 3.4 微光學(xué)傳感單元40-43
• 3.4.1 光纖準(zhǔn)直器40-41
• 3.4.2 傳感單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計41-43
• 第四章 光電探測及弱信號提取43-60
• 4.1 光電探測43-48
• 4.1.1 PN 和PIN 光電探測器的工作原理43-44
• 4.1.2 光電探測器的特性參數(shù)44-45
• 4.1.3 光電探測器等效電路45-46
• 4.1.4 系統(tǒng)光電探測器的選擇46
• 4.1.5 前置放大電路的設(shè)計46-48
• 4.2 鎖相放大電路48-57
• 4.2.1 鎖相放大相關(guān)檢測原理48-50
• 4.2.2 系統(tǒng)鎖相放大電路結(jié)構(gòu)50-51
• 4.2.3 濾波電路51-52
• 4.2.4 同步積分電路52-53
• 4.2.5 移相電路53-54
• 4.2.6 倍頻電路54-55
• 4.2.7 相敏檢測電路55-56
• 4.2.8 鎖相放大電路的噪聲分析56-57
• 4.3 數(shù)據(jù)采集及串口通信57-60
• 4.3.1 硬件電路設(shè)計57-59
• 4.3.2 軟件設(shè)計59-60
• 第五章 測試結(jié)果60-66
• 5.1 DFB 激光器光譜特性測試60
• 5.2 光纖及微光學(xué)傳感單元的損耗測試60-61
• 5.3 光源調(diào)制及鎖相放大電路測試61-63
• 5.4 甲烷氣體吸收實驗63-64
• 5.5 系統(tǒng)的靈敏度64
• 5.6 甲烷氣體濃度實驗及數(shù)據(jù)對比64-66
• 第六章 全文總結(jié)66-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 摘要70-72
• Abstract72-74
• 致謝74

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來了解更多相關(guān)內(nèi)容

基于光纖傳感器的采場瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計    董海波;童敏明;劉鵬;

光譜吸收式瓦斯氣體傳感器及其信號處理方法    韓曉冰;楊建翔;

光纖甲烷氣體傳感研究    林江

煤礦瓦斯光纖傳感器的研究    滿堂

鎖相環(huán)技術(shù)及CD4046的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用    宋吉江,牛軼霞

采用壓電陶瓷的電調(diào)諧光纖光柵器件    黃永清,劉凱,郭威,任曉敏

鎖定放大器在激光煙霧衰減測試系統(tǒng)中的應(yīng)用研究    劉智,張精慧

光干涉式甲烷濃度檢測系統(tǒng)的研制    王子江,潘云,葉向榮,夏益民

拉曼光譜學(xué)用于監(jiān)測變壓器油中的甲烷氣體的研究    劉,黃尚廉,陳偉民,黎學(xué)明,張玉奇

光纖氣體傳感器的研究    閻衛(wèi)平,劉文琦,牛德芳,湯素芬

光纖光柵傳感器的現(xiàn)狀與發(fā)展    尚麗平,張淑清,史錦珊

煤礦瓦斯傳感器性能評價與改進(jìn)新方案    閆愛青,王玉華

國外礦用光纖沼氣傳感器及其傳輸系統(tǒng)    徐建春

微弱信號檢測的基本原理與方法研究    江國舟,江超

基于仿射投影的微弱信號檢測方法研究    劉世金;劉大利;

鎖相環(huán)CD4046在電動機轉(zhuǎn)速測量裝置中的應(yīng)用    黃鳳娟;

CH_4氣體光纖傳感器的研究    葉險峰,湯偉中

光譜吸收光纖氣體傳感技術(shù)探討    鄧廣福;劉光達(dá);田磊;孟磊;朱平;

高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在ATEM中的實現(xiàn)    王靜,林君

氣敏元件自平衡測量電路的設(shè)計    王彩君,黃智進(jìn),李艷峰,吳興惠

傳輸線上分布電容對微動同步傳感器輸出的影響分析    黃業(yè)緒,史忠科,秦永元,李雷,趙青,厲毓良

陷波濾波器補償液浮陀螺阻尼比的研究    黃業(yè)緒,史忠科,曹社平,馬義利,李雷,厲毓良

光纖光柵液位傳感技術(shù)研究    伊林,楊冬曉,陳松濤

基于波分復(fù)用技術(shù)的光纖甲烷傳感系統(tǒng)研究    付華;陳寶石;孫紅鴿;

光纖光柵傳感器在分布式系統(tǒng)中應(yīng)用的軟硬件實現(xiàn)    陳熙源;姜峰;

光纖瓦斯傳感器    王允韜;蔡海文;耿建新;方祖捷;

礦井瓦斯?jié)舛裙饫w檢測網(wǎng)絡(luò)    張記龍;閻鶴;王志斌;李曉;田二明;劉智超;

參考信號頻率自調(diào)整的鎖定放大器的設(shè)計應(yīng)用    朱虹;林君;王智宏;占細(xì)雄;

基于諧波檢測的光纖傳感器對甲烷檢測的研究    楊洋;黃亮;王書濤;

基于摻鉺光纖激光器的紅外氣體傳感器研究    俞琳;劉鐵根;劉琨;江俊峰;梁霄;張以謨;

鎖相環(huán)倍頻電路在有源電力濾波器中的應(yīng)用    靳希;董立駿;屈克慶;

連續(xù)波腔衰蕩光譜技術(shù)特性及在氣體濃度測量中應(yīng)用研究    楊秋霞

基于光纖環(huán)衰蕩方法的分布式氣體監(jiān)測系統(tǒng)研究    范典

多傳感器探測與控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——地面運動目標(biāo)震動信號探測與識別    聶偉榮

基于光譜吸收光纖甲烷氣體傳感系統(tǒng)的研究    郭增軍

基于微機械工藝的電磁型平面微電機的研究    郭占社

動態(tài)測量系統(tǒng)現(xiàn)代建模理論研究    于連棟

光電傳感數(shù)字化及其繼電保護(hù)技術(shù)研究    韓小濤

WDM系統(tǒng)中光分插復(fù)用/解復(fù)用技術(shù)研究    黃勇林

SLF/ELF觀測系統(tǒng)研究及應(yīng)用    王蘭煒

光纖光學(xué)式甲烷氣體傳感器的設(shè)計與實驗研究    張景超

折射率調(diào)制光纖氣體傳感系統(tǒng)設(shè)計與研究    賈林濤

WCDMA-RNC告警相關(guān)性研究    張玉玲

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與設(shè)計    于新峰

基于ZigBee生命體征監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計    李鑫

定量PCR儀熒光檢測系統(tǒng)研究    姚英豪

基于紅外光譜的SF_6設(shè)備微水檢測技術(shù)的研究    鄭圣鵬

微功率沖擊雷達(dá)硬件電路及天線研究    解曉琳

基于PIC16F1937單片機的礦井便攜式甲烷濃度測定儀    王美滋

Cuk型功率因數(shù)校正大功率倍頻式感應(yīng)加熱電源的設(shè)計    陳寶磊

基于DSP的電機參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計    張黨文

CH_4氣體光纖傳感器的研究    葉險峰,湯偉中

光譜吸收光纖氣體傳感技術(shù)探討    鄧廣福;劉光達(dá);田磊;孟磊;朱平;

吸收式光纖氣體傳感器的研究    甘維兵,朱勵,張宇,張愛軍

差分吸收式光纖氣體傳感器的研究    張愛軍,冉昌艷,張宇

煤礦瓦斯傳感器性能評價與改進(jìn)新方案    閆愛青,王玉華

上隅角瓦斯分布規(guī)律與自動引排技術(shù)的研究    張從力,劉元敏,高仁禮

光纖壓力傳感器    劉躍輝,張旭蘋,董玉明

超輻射發(fā)光二極管組件    謝輝,鄭云生,馬宏

氣體峰值吸收系數(shù)隨壓強變化關(guān)系的理論分析    馬維光,尹王保,黃濤,趙延霆,李昌勇,賈鎖堂

光譜吸收型光纖氣體傳感器解調(diào)系統(tǒng)的研究    王立新,冉昌艷,柏俊杰,張愛軍

基于光譜吸收光纖甲烷氣體傳感系統(tǒng)的研究    郭增軍

巖體變形與破壞光纖傳感測試基礎(chǔ)研究    柴敬

光纖光學(xué)式甲烷氣體傳感器的設(shè)計與實驗研究    張景超

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

光纖CO氣體傳感器的理論建模及設(shè)計實現(xiàn)    撒繼銘

光譜吸收式光纖甲烷氣體傳感系統(tǒng)的研究    劉瑾

利用LED檢測甲烷濃度的實驗研究    孫曉峰

光纖甲烷傳感技術(shù)研究    劉曉冬

甲烷中紅外檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計及實驗研究    張宇

瓦斯?jié)舛榷沃C波檢測相關(guān)技術(shù)研究    徐振蜂

煤礦瓦斯多通道光纖傳感檢測儀的研究與開發(fā)    李政穎

瓦斯氣體檢測中全光纖梳狀濾波器研究    李成

SLD光源測控系統(tǒng)的設(shè)計    戎慧

煤礦瓦斯光纖傳感檢測儀的研制    趙磊

光纖甲烷傳感器的信號處理方法    王俏

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的豬肉新鮮度檢測分級系統(tǒng)    郭培源;畢松;

一種新型基于色譜分離的易制毒檢測儀器研發(fā)    郝昱宇;郝迎吉;余道洋;

鎖定放大器在激光煙霧衰減測試系統(tǒng)中的應(yīng)用研究    劉智,張精慧

一種高精度鎖定放大電路    常青,趙永林,孫鳳池

光纖布拉格光柵及其應(yīng)用    林鈞岫，彭偉

強噪聲背景下的信號檢測方法研究    陳澍,任大孟,李呈杰

多重自相關(guān)函數(shù)在微弱正弦信號檢測中的應(yīng)用    李一兵,岳欣,楊莘元

高性能遙控瓦斯傳感器的研制    蔣玉華

瓦斯傳感器紅外遙控器的新思路    胡恩翰,王平安

瓦斯傳感器紅外遙控器的研制    蔣玉華

礦井瓦斯傳感器的近代研究方法及方向    王汝琳

近紅外光譜儀中的微弱信號檢測技術(shù)    占細(xì)雄,林君,周志恒

甲烷檢漏儀    蔣玲;

內(nèi)腔式甲烷喇曼激光器特性研究    苑高強;賈選軍;劉玉巖;

基于單片機的低功耗甲烷檢測系統(tǒng)設(shè)計    鄭耀添;

光纖光柵式甲烷濃度差分檢測系統(tǒng)研究    管立君;張景超;褚衍平;劉宇蕾;

瓦斯傳感器的研究進(jìn)展    柴化鵬;馮鋒;白云峰;田茂忠;梁文娟;董川;雙少敏;

喇曼頻移中甲烷氣壓對1.54μm喇曼散射紅外激光輸出功率下降的影響分析    張琳琳;汪岳峰;黃峰;殷智勇;

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

基于1665nm激光器測量甲烷氣體濃度的研究    安宇鵬;宋振宇;王一丁;

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    周元華;

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;

CH_4產(chǎn)量與奶牛業(yè)常用飼草營養(yǎng)參數(shù)的相關(guān)性研究    劉樹軍;李向林;何峰;萬里強;陳瑋瑋;伊亞莉;

紅外光譜檢測技術(shù)在煤層氣氣測錄井中的應(yīng)用    梁海波;徐興安;

火星大氣甲烷特征輻射斷層掃描立體成像探測器    趙華;王勁東;周斌;程炳君;馮永勇;陶然;

火星大氣甲烷特征輻射斷層掃描立體成像探測器研制可行性分析    程炳鈞;趙華;

大型規(guī)模養(yǎng)豬場沼氣與廢水處理工程的設(shè)計(詳細(xì)摘要)    壽亦豐;蔡昌達(dá);

天然氣水合物對海底穩(wěn)定性的影響    方銀霞;金翔龍;黎明碧;

孔隙水成份的原位探測及其在氣水合物資源勘查中的意義    葉瑛;陳鷹;黃霞;鄔黛黛;顧臨怡;楊燦軍;陳寧華;

ODP Leg204航次在卡斯凱迪亞大陸邊緣水合物脊鉆探的初步結(jié)論    陳弘;

用ENVISAT ASAR數(shù)據(jù)監(jiān)測水稻種植面積    龐勇;李增元;陳爾學(xué);車學(xué)儉;白黎娜;譚炳香;

火星表層甲烷氣體變化異常    華凌

加大回收利用甲烷氣體力度    記者 王潔

埋藏二氧化碳    本報記者 楊貴蘭

歐美發(fā)現(xiàn)目前火星生命重要證據(jù)    王俊鳴

讓城市不再為垃圾困擾    本報記者 朱衛(wèi)衛(wèi)

黑海深處發(fā)現(xiàn)水化甲烷    記者 劉鋼

把二氧化碳埋起來    楊貴蘭

美興建最貴學(xué)校遭質(zhì)疑    本報記者 唐見端

換一種方式發(fā)電    欣華

每年少排放二氧化碳5萬噸    本報記者 舒小波

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

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

甲烷與一氧化碳濃度光學(xué)檢測    曲藝

水解酸化-UNITANK-BAF工藝處理制藥廢水的研究    郎咸明

煤層氣吸附解吸機理研究    馬東民

基于支持向量機的礦用紅外瓦斯檢測系統(tǒng)研究    張麗

大孔隙率多孔介質(zhì)內(nèi)湍流流動和質(zhì)量彌散的數(shù)值研究    東明

沖擊壓縮下甲烷、氬氣的高溫輻射特性與反應(yīng)流體動力學(xué)研究    唐敬友

煤儲層固—液—氣相間作用機理研究    張時音

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

便攜式甲烷氣體檢測儀    劉飛

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)計與實現(xiàn)    柴航

基于TDLAS的甲烷氣體監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計    劉中亮

采用可調(diào)諧激光吸收光譜技術(shù)遙測甲烷氣體濃度的研究    姚華

煤礦瓦斯光纖傳感器的研究    滿堂

多通道光纖甲烷檢測系統(tǒng)的研究    魏凱

用LED作光源的光纖甲烷氣體傳感器及其檢測系統(tǒng)的研究    張潔

光纖甲烷傳感技術(shù)研究    劉曉冬