智能型光纤瓦斯传感器技术研究

摘要

近几年我国接连发生多起特大瓦斯事故，煤矿安全生产形势严峻。瓦斯传感器对监测监控起着决定作用，因此研制开发安全可靠、高灵敏度的瓦斯传感系统具有重大的社会意义和经济意义。光纤传感器具有常规传感器无可比拟的优点，在瓦斯检测领域也在不断发展。但由于产生窄带光源的反馈式激光器造价很高，因此没能够得到实际应用。针对这一问题，本文采用普通发光二极管LED产生的宽带光源，通过光纤Bragg光栅和压电陶瓷对其进行波长调制，获得窄带出射光，并采用神经网络对压电陶瓷两端的电压进行控制，从而实现瓦斯气体浓度的高灵敏度测量。在采用光纤光栅进行光源调制时，引入了透射光强，将其与测得的与气体浓度成正比的二次谐波相比较，从原理上消除了由于光源不稳定带来的影响。最后利用虚拟仪器技术，将采集的信号进行解调及加工处理和计算，用软件代替了复杂的硬件电路，简化了设计。得到的瓦斯浓度能够在图形界面上显示，并进行保存，以便用于瓦斯突出，瓦数预测等其它后续工作。

目录

文摘

英文文摘

创新点声明

1 绪论

1.1引言

1.2瓦斯气体检测的基本方法

1.2.1催化传感器

1.2.2瓦斯红外传感器

1.2.3光纤瓦斯传感器

1.3目前研究的光纤瓦斯传感器

1.3.1单波长吸收比较型光纤瓦斯传感器

1.3.2双波长差分吸收型光纤瓦斯传感器

1.3.3窄带谱线吸收型光纤瓦斯传感器

1.3.4渐逝场泄漏型光纤瓦斯传感器

1.3.5染料光谱吸收型光纤瓦斯传感器

1.3.6干涉型光纤瓦斯传感器

1.4光纤及光纤瓦斯传感器的国内外发展现状

1.4.1国内外发展现状

1.4.2光纤瓦斯传感器发展方向

1.5目前光纤瓦斯传感器急需解决的问题

1.6课题来源及论文的主要研究内容

2 光纤瓦斯传感系统

2.1光源

2.2气室

2.3信号产生和处理部分

2.3.1光电转换部分

2.3.2锁相放大部分

2.3.3数据采集和处理部分

2.4气体检测方法－光谱吸收法

2.4.1光谱吸收法

2.4.2甲烷气体吸收谱线的选择

3 光纤光栅滤波及检测原理

3.1光纤光栅简介

3.2 FBG波长与应力的关系

3.3光纤光栅调制LED宽带光源及其谐波检测原理

3.3.1 皆波检测

3.3.2光纤光栅调制LED宽带光源进行谐波检测

3.3.3光纤光栅的交叉敏感

3.4基于神经元网络的压电陶瓷电压控制

3.4.1引言

3.4.2前向多层人工神经网络与BP算法

3.4.3网络模型

4 基于虚拟仪器的信号处理系统设计

4.1虚拟仪器及其编程语言的介绍

4.1.1虚拟仪器简介

4.1.2虚拟仪器的编程软件—图形化开发平台LabVIEW

4.1.3 LabVIEW的图形化编程环境简介

4.2软件系统的总体结构

4.3信号解调及处理程序的设计

4.3.1数据分析处理的设计

4.3.2波形显示的设计与实现

4.3.3数据的存储、打印与读取

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

致谢