基于横向剪切干涉系统的甲烷气体浓度检测的研究
基于横向剪切干涉系统的甲烷气体浓度检测的研究【摘要】:在我国,由于井下瓦斯监测系统相对不完善,每年因井下瓦斯爆炸导致的安全事故非常多,造成的死亡人数几乎占所有矿难的一半以上;在许多
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TN247;TN219
【目录】:
- 摘要5-7
- ABSTRACT7-13
- 1 绪论13-35
- 1.1 选题的目的、意义和背景13-15
- 1.2 国内外研究现状15-33
- 1.2.1 甲烷气体浓度的检测方法15-20
- 1.2.2 红外光谱吸收测量法研究现状20-22
- 1.2.3 相干技术的研究现状22-33
- 1.3 本文的主要工作33-35
- 2 系统设计的理论基础35-65
- 2.1 光的基本特性35-37
- 2.2 光的辐射与吸收理论37-43
- 2.2.1 光的辐射原理37-41
- 2.2.2 光的吸收原理41-42
- 2.2.3 Beer Lambert定理42-43
- 2.3 光的干涉原理43-50
- 2.3.1 单色光的干涉44-46
- 2.3.2 干涉衬比度46-47
- 2.3.3 非单色光的干涉47-50
- 2.4 激光的形成与调制50-56
- 2.5 光场的相干性56-62
- 2.5.1 光场的时间相干性56-58
- 2.5.2 光场的空间相干性58-59
- 2.5.3 光场的相干性的数学表达59-62
- 2.6 傅里叶反演理论62-65
- 3 新型横向剪切型干涉系统的主要光路设计65-80
- 3.1 横向剪切干涉原理65-66
- 3.2 新型横向剪切干涉光路结构设计66-67
- 3.3 横向剪切干涉光路能量计算67-69
- 3.4 新型横向剪切干涉光路元器件参数确定69-76
- 3.4.1 角镜的形状与参数确定69-71
- 3.4.2 平行分束镜与反射镜的位置确定71-73
- 3.4.3 最大正向旋转角度的确定73-74
- 3.4.4 最大逆向旋转角度的确定74-76
- 3.5 横向剪切干涉光路的性能评价76-80
- 3.5.1 抗震性和稳定性76-77
- 3.5.2 分辨率77-80
- 4 光谱分析的算法研究80-95
- 4.1 光谱分析技术80-82
- 4.1.1 气体浓度定量分析80-81
- 4.1.2 光谱分析的技术特点81-82
- 4.2 常用光谱分析算法82-94
- 4.2.1 主成分分析法82-84
- 4.2.2 偏最小二乘法84-85
- 4.2.3 遗传算法85-88
- 4.2.4 BP人工神经网络88-91
- 4.2.5 粗糙集分析法91-92
- 4.2.6 支持向量机法92-94
- 4.3 算法的选择与设计94-95
- 5 新型横向剪切干涉系统的甲烷气体浓度分析软件95-112
- 5.1 可视化软件设计平台95-96
- 5.2 C SHARP 语言96-97
- 5.3 气体浓度分析软件97-112
- 5.3.1 数据输入窗口设计98-101
- 5.3.2 快速 FFT 算法101-107
- 5.3.3 类定义编程107-109
- 5.3.4 主窗口界面设计109-112
- 6 新型横向剪切干涉系统总体设计112-121
- 6.1 光源部分112-113
- 6.2 准直扩束系统113-114
- 6.3 气室114-117
- 6.4 干涉系统117-118
- 6.5 信息采集系统118-119
- 6.6 信号处理系统119-121
- 7 系统整体联调实验及结果分析121-139
- 7.1 激光器的选择121-124
- 7.1.1 激光器的种类及特点121-122
- 7.1.2 激光器选型122-124
- 7.2 准直扩束系统的透镜选择124-125
- 7.3 光学镀膜选择125-126
- 7.4 CCD 探测器的选择126-130
- 7.4.1 主要性能参数126-127
- 7.4.2 主要技术指标127-128
- 7.4.3 CCD 选型128-130
- 7.5 实验及结果分析130-139
- 7.5.1 系统组装与性能测试设计130
- 7.5.2 系统的抗震性实验130-133
- 7.5.3 系统的抗干扰实验133-136
- 7.5.4 系统的去噪滤波性能实验136-139
- 总结与展望139-141
- 参考文献141-150
- 攻读博士期间发表的论文150-151
- 致谢151
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