单光纤环甲烷气体传感器的研究

【摘要】： 近年来,随着煤矿业、环境监测、石油化工等行业对甲烷气体浓度检测的重视,可靠、实时、快速越来成为甲烷气体检测的追求方向。光纤传感器其抗电磁干扰力强、灵敏度高、重量轻、易集成等特点,倍受国内外学者关注。 本文所设计的光纤传感系统,是基于气体光谱吸收特性的单环光纤系统,气室置于单环中,采用耦合器分光,光脉冲多次经单环形成光功率损耗,并分别对初始状态和气体吸收状态下的光脉冲波形进行了分析拟合处理,通过计算出衰荡时间来确定气体吸收损耗,从而测算出气体浓度。 本文以此思想为指导,对光纤衰荡环作了详细的理论分析,得出测量气体浓度的理论依据,并对系统各部分进行测试,搭建了光纤网络系统。还根据实验需求,设计制作了光信号源的驱动电路板,实现了直流偏置、交流调制、温控、显示功能,给光纤传感器提供了可靠的光脉冲信号。通过这种方法测得的气体浓度,与标准浓度基本吻合。 【关键词】：单环光纤气体传感 光谱吸收 甲烷 吸收损耗 衰荡时间
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP212.14
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-17
• 1.1 研究意义10
• 1.2 气体传感器的概述10-12
• 1.3 光谱吸收型甲烷光纤传感器的研究进展及检测方法12-16
• 1.3.1 光谱吸收型甲烷光纤传感器研究进展12-13
• 1.3.2 光谱吸收型气体检测光纤传感技术13-16
• 1.4 本文主要工作16-17
• 2 光谱吸收型单光纤环传感器测量原理17-27
• 2.1 光谱吸收检测一般原理17
• 2.2 甲烷气体分子的红外光谱17-20
• 2.2.1 甲烷分子的振动光谱、转动光谱、振动-转动光谱18-19
• 2.2.2 甲烷分子的泛频光谱19
• 2.2.3 气体分子的典型吸收19-20
• 2.3 实验系统甲烷吸收谱线的选择20-22
• 2.4 单光纤环甲烷传感器衰荡腔原理22-27
• 2.4.1 CRDS气体检测技术22-24
• 2.4.2 实验系统光纤环衰荡腔理论分析24-27
• 3 光信号源的设计调试与检测27-45
• 3.1 激光器的选择27-29
• 3.2 激光器的电路设计29-39
• 3.2.1 直流、脉冲驱动电路30-33
• 3.2.2 温度控制电路33-37
• 3.2.3 显示电路37-39
• 3.3 光信号源的制作39-41
• 3.4 光信号源的测试41-45
• 3.4.1 光信号源直流P-I曲线41-43
• 3.4.2 光信号源脉冲测试43-44
• 3.4.3 光信号源噪声分析44-45
• 4 实验系统组装、测试及结果分析45-54
• 4.1 实验系统整体构架45
• 4.2 吸收气室的设计45-48
• 4.2.1 常见的吸收气室类型45-47
• 4.2.2 实验系统中的吸收气室47-48
• 4.3 器件的耦合与连接48-49
• 4.3.1 光纤之间的连接48
• 4.3.2 光纤与激光器的连接48
• 4.3.3 光纤与气室的连接48-49
• 4.4 实验结果分析49-54
• 4.4.1 仿真计算50-51
• 4.4.2 实际测试51-54
• 5 结论54-55
• 参考文献55-56
• 作者简历56-58
• 学位论文数据集58

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