光纤甲烷传感技术研究

【摘要】： 甲烷是工矿瓦斯气体的主要成分，实现甲烷气体浓度的可靠、高效、实时监测，对矿井安全生产以及环境保护有极其重要的意义。光纤气体传感器集灵敏度高、频带宽、抗干扰和恶劣环境能力强、易小型化等优点于一身，具有其它气体传感器无可比拟的优越性，倍受国内外学者关注。 本文基于气体光谱吸收技术，进行光纤甲烷浓度检测的实验研究，完成了光源、检测电路、气室和探头的研制工作。在国内首次使用1665nm的窄带DFB激光器作为探测光源，使用锁相放大技术作为信号检测方法，对甲烷气体在1665nm波段的吸收特性进行了实验研究，测得实验室条件下高浓度甲烷气体的吸收系数；通过扩散实验和稳定性实验对实验系统的性能进行了分析，结果表明系统的理论可探测甲烷气体最低浓度为1.6％，灵敏度和分辨率分别为0.0075uW／ppm和66ppm，系统重复性和稳定性良好。 【关键词】：甲烷 光纤气体传感器 窄带DFB激光器 锁相放大技术
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TN253
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 气体传感器概述9-13
• 1.3 吸收光谱型光纤气体传感器国内外研究现状13-14
• 1.4 本文的主要工作14-15
• 第二章 光谱吸收式光纤气体传感器测量原理15-25
• 2.1 光谱吸收法原理15
• 2.2 气体分子的光谱选择吸收理论15-17
• 2.2.1 多原子分子光谱理论15-16
• 2.2.2 基频、谐频及泛频光谱16-17
• 2.3 甲烷气体光谱特征吸收线17-20
• 2.3.1 气体分子的典型吸收线17-19
• 2.3.2 甲烷气体特征吸收谱线的选择19-20
• 2.4 微弱信号检测技术20-24
• 2.4.1 差分吸收法20-21
• 2.4.2 光源调制技术21-23
• 2.4.3 锁相放大技术23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 检测甲烷浓度实验系统25-37
• 3.1 实验系统的总体结构25-26
• 3.2 探测系统的光源26-33
• 3.2.1 探测光源的研制26-31
• 3.2.2 SLD宽带光源31-33
• 3.3 气室与传感探头的研制33-34
• 3.4 信号检测部分的研制34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 实验结果及系统性能分析37-51
• 4.1 DFB激光器测试结果37-40
• 4.1.1 激光器直流P-I曲线测试37-38
• 4.1.2 激光器交流调制测试38-39
• 4.1.3 激光器温度控制部分测试39
• 4.1.4 光源噪声分析39-40
• 4.2 宽带光源实验结果40-43
• 4.3 光纤链路损耗测试43
• 4.4 吸收系数的测量43-48
• 4.4.1 直流光测量43-45
• 4.4.2 脉冲光测量45-48
• 4.5 实验系统的性能分析48-50
• 4.5.1 灵敏度48-49
• 4.5.2 分辨率49
• 4.5.3 其他性能49-50
• 4.6 本章小节50-51
• 第五章 结论51-52
• 参考文献52-55
• 作者简历55-57
• 学位论文数据集57

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