基于多次再入射光學(xué)諧振腔的甲烷氣體傳感器的研究

【摘要】：在我國，煤炭行業(yè)中的瓦斯災(zāi)害始終是煤礦安全生產(chǎn)的大敵，目前已成為制約煤礦安全生產(chǎn)的主要矛盾。在煤礦開采過程中，安全方面的隱患正在逐漸增多，瓦斯事故，特別是重大、特大瓦斯事故在煤礦事故中占的比例逐年升高，不容忽視。因此，實時檢測甲烷氣體(瓦斯的主要成分)的產(chǎn)生源、泄漏源及濃度，對工礦安全運(yùn)行，人身安全及環(huán)境保護(hù)有著十分重要的作用。 本文創(chuàng)造性地提出將光譜吸收型傳感技術(shù)和光學(xué)諧振腔理論相結(jié)合的設(shè)計思路，將吸收光強(qiáng)與氣體含量之間的定量關(guān)系與多次再入射光學(xué)諧振腔理論有機(jī)結(jié)合起來，設(shè)計了基于多次再入射光學(xué)諧振腔理論的光學(xué)甲烷氣體傳感器氣體吸收腔，以改進(jìn)甚至可以取代傳統(tǒng)光學(xué)甲烷氣體傳感器中因為需要散熱而體積龐大的吸收氣室。本文設(shè)計的新型氣體吸收腔，在解決傳統(tǒng)氣室不宜散熱的問題的同時，在很大程度上減小了氣體吸收腔體的物理尺寸，而且光學(xué)結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高，檢測精度較高，受環(huán)境等外界因素影響較小，同時還有具有防電磁干擾，無污染，節(jié)約能量等優(yōu)點。較其他光學(xué)甲烷氣體傳感器而言，該甲烷氣體吸收腔的最大特點是體積小，可以達(dá)到便攜的效果，使光學(xué)甲烷氣體傳感器不只是可以工作在實驗室中，也可以在實際外界環(huán)境中實時連續(xù)檢測甲烷氣體的濃度。這也是本文的創(chuàng)新點所在。 同時，本文根據(jù)比爾—朗伯(Beer-Lamber)定律和甲烷氣體的吸收譜線合理選擇系統(tǒng)光源，將應(yīng)用普遍，性能穩(wěn)定而且價格較為低廉的通信光源LED應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計中，降低了光學(xué)甲烷氣體傳感器的成本，使本文的設(shè)計方案的可行性得到提高；同時也創(chuàng)造性地提出了使用一定中心波長的濾光片來解決因使用寬帶光源引起的檢測精度下降這一問題的新思路，從而使設(shè)計更具有實用性，這也是本文的創(chuàng)新點之一。 最后，本文論證了差分檢測理論，將雙波長單光路的差分檢測方法應(yīng)用于本文設(shè)計方案中，從而消除了由于光源不穩(wěn)定和光電器件零漂等因素對系統(tǒng)的部分影響，以達(dá)到對甲烷氣體的更為準(zhǔn)確的實時連續(xù)檢測。 在提出理論設(shè)計思路后，本文根據(jù)現(xiàn)有的實驗環(huán)境，對設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的測試，根據(jù)對實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，驗證了設(shè)計的可行性，并且在本文的相關(guān)章節(jié)給出了實驗結(jié)果。 【關(guān)鍵詞】：甲烷 諧振腔 光譜吸收 LED 濾光片 差分檢測
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TP212.2
【目錄】：

• 第一章 引言10-21
• §1．1 現(xiàn)有主流甲烷氣體傳感器分析11-17
• §1．1．1 載體催化法甲烷氣體傳感器原理及分析11-13
• §1．1．2 光譜吸收法甲烷氣體傳感器原理及分析13-16
• §1．1．3 現(xiàn)有主流甲烷氣體傳感器總結(jié)16-17
• §1．2 基于光譜吸收法的甲烷氣體傳感器的研究現(xiàn)狀17-19
• §1．3 課題來源、研究內(nèi)容及研究意義19-21
• §1．3．1 課題來源19
• §1．3．2 研究內(nèi)容與創(chuàng)新點19
• §1．3．3 研究意義19-21
• 第二章 原理依據(jù)21-32
• §2．1 比爾—朗伯(Beer-Lamber)定律21-22
• §2．2 氣體分子的典型吸收線22-23
• §2．3 甲烷氣體吸收譜線的選擇和光源波長的確定23-26
• §2．4 差分檢測原理26-31
• §2．5 本章小結(jié)31-32
• 第三章 甲烷氣體傳感器系統(tǒng)設(shè)計32-62
• §3．1 光源的選擇32-36
• §3．2 光電轉(zhuǎn)換檢測輸出光信號36-39
• §3．3 差分檢測的原理與實現(xiàn)方法39-41
• §3．4 氣體吸收腔的原理分析與設(shè)計41-61
• §3．4．1 光學(xué)諧振腔的一般問題41-42
• §3．4．2 多次再入射光學(xué)諧振腔的設(shè)計42-61
• §3．5 本章小結(jié)61-62
• 第四章 基于多次再入射光學(xué)諧振腔原理的甲烷氣體傳感器的實驗研究62-68
• §4．1 引言62
• §4．2 吸收腔的腔長實驗62-65
• §4．3 氣體濃度與光電檢測信關(guān)系實驗65-68
• 第五章 結(jié)論與展望68-71
• 附錄A：甲烷氣體吸收譜線71-73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文76-77
• 致謝77

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PANI/PdO復(fù)合薄膜的壓電甲烷傳感器    李影;童敏明;唐守鋒;

激光遙感探測甲烷氣體最低接收功率需求研究    李霖峰;尹王保;

He-Ne激光器縱模分析實驗    董祥美;方寶英;陳家璧;

機(jī)械結(jié)構(gòu)因素對諧振腔無載Q值的影響分析    熊長武;

精密控制諧振腔獲得合成孔徑激光雷達(dá)信號的方法    來志;曾曉東;馮喆君;曹長慶;

回旋管諧振腔本征模式計算的新算法    劉睿;李宏福;牛新建;

自聚焦透鏡耦合激光二極管抽運(yùn)Nd:YVO_4鎖模激光器的研究    張丙元;王國菊;何京良;王文軍;高學(xué)喜;劉云龍;

可調(diào)諧激光遙測甲烷濃度的研究    張瑞峰;王曉洋;

PPLN諧振倍頻外腔輸出模場的模擬研究    盧峰;張蓉竹;劉正潁;孫年春;

清潔電力垃圾填埋氣發(fā)電在中國    

100MeV負(fù)氫回旋加速器高頻諧振腔的公差研究    畢遠(yuǎn)杰;張?zhí)炀?紀(jì)彬;姚紅娟;安世忠;邢建升;唐傳祥;

激光陀螺諧振腔真空處理技術(shù)    陳澤學(xué);

用激光器外腔測量微小顆粒    孫國強(qiáng);鄭剛;申晉;莊松林;

光纖光柵激光器型傳感器及其研究現(xiàn)狀    周少玲;

單疇釔鋇銅氧塊材高Q值諧振腔研究    沈旭明;王家素;宋宏海;鄭郡;

同軸諧振腔在高功率多注速調(diào)管中的應(yīng)用    張益林;周碎明;

同軸諧振腔螺釘加載結(jié)構(gòu)中的螺釘?shù)刃щ娂{擬合公式推導(dǎo)    周彬;張文杰;

無反射微波加熱爐的設(shè)計原理和模型測試    翟春田;鄭敏燾;

回旋加速器諧振腔的三維有限元分析    答嘉曦;洪越明;董天臨;余調(diào)琴;樊明武;

X波段五腔渡越管振蕩器的高頻特性    陳代兵;何琥;劉慶想;

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

微波爐磁控管的構(gòu)造、原理及判別    湖北 王紹華

美興建最貴學(xué)校遭質(zhì)疑    本報記者 唐見端

機(jī)箱減振有妙方    江蘇 天師

基于光譜吸收光纖甲烷氣體傳感系統(tǒng)的研究    郭增軍

低磁場諧振腔切侖科夫振蕩器—錐形放大管的研究    楊建華

Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體MQW平面波導(dǎo)光器件的研究    蔡純

復(fù)雜電磁媒質(zhì)介電系數(shù)測量方法及實驗研究    華偉

傅立葉展開—差分法在波導(dǎo)與諧振腔問題中的應(yīng)用研究    曹斌照

同軸虛陰極振蕩器基礎(chǔ)理論研究及原理性實驗    羅雄

左手介質(zhì)異常電磁特性激發(fā)機(jī)理與應(yīng)用技術(shù)研究    孟繁義

基于光纖光柵的光纖激光器、濾波器和傾斜光纖光柵的研究    許鷗

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

半導(dǎo)體遠(yuǎn)紅外/THz上轉(zhuǎn)換成像器件研究    武樂可

基于動態(tài)掃頻介電常數(shù)的測量研究    陳蕊

微波在線密度檢測技術(shù)的研究及應(yīng)用    陳世勇

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(qiáng)

高Q諧振腔光學(xué)特性及非線性效應(yīng)研究    王麗

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

基于多次再入射光學(xué)諧振腔的甲烷氣體傳感器的研究    劉麗力

兩級串接連續(xù)Nd∶YAG固體激光器的研究    余本海

LD泵浦高功率固體激光器平凸諧振腔的研究    劉暢