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高分辨率光纤甲烷气体检测系统的研究

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 气体检测的方法

1.3 光纤气体传感器

1.4 课题来源和研究的目的及意义

1.5 研究内容

第2章 光谱吸收式气体检测原理及方法

2.1 引言

2.2 气体分子光谱特性

2.3 光谱吸收式光纤气体检测方法

2.4 本章小结

第3章 光纤气体传感器分辨率研究

3.1 引言

3.2 分辨率的数学模型

3.3 提高气体浓度分辨率的途径

3.4 本章小结

第4章 光纤甲烷气体检测系统的设计

4.1 引言

4.2 甲烷气体谐波检测系统

4.3 DFBLD光源驱动系统电路的设计

4.4 前置放大电路的设计

4.5 滤波电路的设计

4.6 锁相放大器

4.7 数据处理系统的设计

4.8 本章小结

第5章 光纤甲烷气体传感系统的实验研究

5.1 引言

5.2 实验样机及实验条件

5.3 DFBLD光源光谱特性

5.4 光纤链路损耗实验

5.5 检测系统的分辨率

5.6 气体吸收与二次谐波关系实验

5.7 系统校准实验

5.8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介

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摘要

研制及时、准确地对易燃、易爆、有毒、有害气体进行监测和控制的传感系统已成为当前煤炭、石油及环境监测等领域亟待解决的问题。
  论文研究了高分辨率的光谱吸收式光纤甲烷气体传感系统。系统具有灵敏度高、响应速度快、动态范围大、防燃防爆、防电磁干扰、易于实现实时遥测等优点,可用于环境检测及恶劣环境下的在线监测。
  分析了气体近红外选择性吸收理论,得出了甲烷气体吸收测量的理论依据,确定了甲烷气体的吸收谱线,找出适合普通石英光纤进行较长距离低损耗传输的光谱特性。
  基于比尔-朗伯定律,建立了吸收式气体浓度测试系统分辨率的数学模型。从数学模型出发,分析了影响系统分辨率的因素,从气室、光路耦合效率、光源等方面入手,研究了提高分辨率的途径。
  构建了吸收式甲烷气体检测系统,研究了基于DFBLD光源的气体谐波检测技术。设计了光源驱动、恒温控制、前置放大、带通滤波、锁相放大等主要电路单元,分析Labview采集到的反映甲烷气体浓度的谐波信号,直观地显示甲烷气体浓度信息。
  进行了包括光纤链路损耗、气体吸收和示值比对等系统总体实验。实验表明,所设计的系统能有效地检测被测气体的浓度参数,具有较高的分辨率,验证了光谱吸收式光纤气体传感检测系统设计方案的可行性。

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