光谱吸收式光纤甲烷气体传感器关键技术研究

【摘要】： 自20世纪80年代以来,基于光谱吸收的气体浓度检测技术得到了很大的发展。利用气体吸收光谱的特征,实现对气体浓度的检测,已成为光纤传感器的一个重要研究方向。针对传统化学式甲烷气体传感器在使用中存在容易受潮湿、易“中毒”等缺点,利用光纤传感器对甲烷气体进行浓度检测,则可以充分发挥光纤传感器抗电磁干扰、绝缘、耐水、耐腐蚀的优势。 根据气体存在特征吸收谱线,课题选择了甲烷气体在以1653.72m为中心的吸收谱,通过对甲烷气体吸收光谱的分析,研究了目前普遍采用的波长调制实现气体浓度谐波检测的方案,明确了光谱吸收式甲烷气体浓度检测的方法。对检测方法中涉及到的各次谐波特征与相互关系、谐波检测基本原理、小信噪比条件下微弱谐波信号检测原理、光源波动对检测结果的影响等关键技术做了分析。同时从工程应用的实际角度出发,提出对关键技术中存在问题的解决方法以及实际所采用的电路结构。试验中利用AD630平衡调制器实现锁相放大以便实现微弱谐波信号的检测,提高谐波信号的信噪比。并对利用二次谐波与一次谐波的比值来消除由光源波动引起的影响等做了分析。给出了甲烷气体谐波检测总体方案,明确了光谱吸收式光纤甲烷气体传感器试验系统的总体结构,对其中的主要部分信号发生单元、谐波提取和数字处理部分做了相应的试验,验证了解决方案的可行性。通过对光谱吸收式光纤甲烷气体传感器系统关键技术研究,为进一步推进甲烷气体光纤传感器实用化奠定了一定的基础。 【关键词】：甲烷 光谱吸收 谐波检测 光纤传感器
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP212.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.3 课题主要研究内容14
• 1.4 论文各章安排14-15
• 第2章 光谱吸收式光纤气体传感器理论15-32
• 2.1 引言15
• 2.2 吸收式光纤传感器气体检测基本理论15-24
• 2.2.1 气体分子光谱理论15-16
• 2.2.2 气体分子吸收谱线16-19
• 2.2.3 甲烷气体特征吸收谱线的选择19-20
• 2.2.4 激光光源的选择20-24
• 2.3 检测方法24-31
• 2.3.1 差分吸收检测法24-26
• 2.3.2 频率调制谐波检测法26-31
• 2.3.3 检测方案的比较31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 波长调制谐波信号的分析与检测32-52
• 3.1 引言32
• 3.2 波长调制谐波信号分析32-43
• 3.2.1 波长调制光谱与频率调制光谱32-35
• 3.2.2 谐波探测理论35-37
• 3.2.3 各次谐波信号的分析37-39
• 3.2.4 谐波信号随调制系数的变化39-43
• 3.3 微弱信号检测43-51
• 3.3.1 信号的相关检测技术43-46
• 3.3.2 微弱信号的锁定检测46-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 甲烷气体浓度检测设计方案研究52-65
• 4.1 引言52
• 4.2 系统总体结构52-53
• 4.3 系统各部分结构设计53-63
• 4.3.1 调制信号单元53-56
• 4.3.2 检测信号单元56-61
• 4.3.3 数字处理部分61-63
• 4.4 本章小结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间所发表的论文和取得的科研成果72-73
• 致谢73

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