瓦斯气体检测中微型F-P梳状滤波器研究

摘要

矿用瓦斯气体传感器的安全检测具有十分重要的现实意义。本文的主要任务是对检测甲烷气体过程中所应用的微型F-P梳状滤波器进行研究与设计，实现高灵敏度在线测量，从而达到实时监测运行的目的。 光纤气体传感器由于它的一系列独特的技术优越性而受到广泛应用。本文在综述光纤气体传感器的发展过程和现状的基础上，分析了现有的光纤气体传感技术的原理和方法，指出它们的优点与应用局限性，并阐述了F-P梳状滤波器原理及制作工艺，并设计了一种以镀膜K9玻璃为基片，结合带尾纤的光纤准直器制成的一种微型F-P梳状滤波器，通过这种方法可实现对瓦斯气体浓度检测灵敏度的提高。 同时，全文在分析了甲烷气体的近红外吸收谱线的基础上，利用中心波长1650nm，宽带30 nm的SLED光源和光纤、以及传感气室构造了低浓度气体吸收检测系统。文中进行了光路、气室的设计，并详细地分析和讨论了F-P梳状滤波器的设计与制作问题，其重点是讨论了以K9玻璃为基片的F-P梳状滤波器的损耗与该滤波器的光谱分析及误差分析。通过理论计算与实验获得数据进行比对，得到良好实验结果，最后得出实验结论及本实验的改进方案，从而验证了微型F-P梳状滤波器在瓦斯气体浓度监测中应用的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2课题研究的目的和意义

1.3传感器的分类

1.3.1半导体气体传感器

1.3.2固体电解质气体传感器

1.3.3光波导式气体传感器

1.3.4红外吸收气体传感器

1.3.5 MOS场效应管传感器

1.3.6光纤气体传感器

1.4吸收式光纤气体传感器的研究现状

1.5课题主要研究内容

第2章光谱吸收式传感器检测原理及方法

2.1引言

2.2气体分子近红外选择吸收

2.2.1气体分子的运动形式及其光谱

2.2.2基频、泛频及组合频率光谱

2.2.3甲烷气体吸收谱线的选择

2.3光谱吸收式光纤气体传感器的类型与特点

2.3.1单波长吸收比较型

2.3.2差分吸收型

2.3.3窄带谱线吸收检测

2.4本章小结

第3章 微型F-P梳状滤波器及光学镀膜原理

3.1引言

3.2平行平板多光束干涉

3.2.1多光束干涉的强度分布

3.2.2干涉图样的特点

3.3 Fabry-Perot干涉仪

3.3.1 Fabry-Perot干涉仪的结构原理

3.2.2干涉仪的性能参数

3.4光的色散

3.4.1正常色散

3.4.2反常色散

3.5光学镀膜原理

3.5.1膜系普遍的等效原理

3.5.2全介质高反射膜

3.6本章小结

第4章瓦斯气体传感监测系统的简要设计

4.1引言

4.2光源简介

4.2.1白炽光源

4.2.2固体激光器

4.2.3气体激光器

4.2.4半导体激光器

4.2.5系统光源的确定

4.3吸收气室结构

4.4光纤简介

4.4.1光纤的分类

4.4.2光纤的损耗特性与色散特性

4.5系统设计

4.6光纤准直器

4.7本章小结

第5章微型F-P树状滤波器实验研究

5.1引言

5.2基座制作工艺

5.3光纤准直器端面检测

5.4 K9玻璃基片镀膜

5.5以BK7玻璃为基片的F-P梳状滤波器实验

5.6以K9玻璃为基片的F-P梳状滤波器实验

5.6.1 K9玻璃性质及其实验参数的确定

5.6.2 F-P梳状滤波器实验

5.7实验数据对比及误差分析

5.8本章小结

结论

参考文献

致谢