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。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 引言

1.1 研究意义

1.2 气体传感器的概述

1.3 光谱吸收型甲烷光纤传感器的研究进展及检测方法

1.3.1 光谱吸收型甲烷光纤传感器研究进展

1.3.2 光谱吸收型气体检测光纤传感技术

1.4 本文主要工作

2 光谱吸收型单光纤环传感器测量原理

2.1 光谱吸收检测一般原理

2.2 甲烷气体分子的红外光谱

2.2.1 甲烷分子的振动光谱、转动光谱、振动 -转动光谱

2.2.2 甲烷分子的泛频光谱

2.2.3 气体分子的典型吸收

2.3 实验系统甲烷吸收谱线的选择

2.4 单光纤环甲烷传感器衰荡腔原理

2.4.1 CRDS气体检测技术

2.4.2 实验系统光纤环衰荡腔理论分析

3 光信号源的设计调试与检测

3.1 激光器的选择

3.2 激光器的电路设计

3.2.1 直流、脉冲驱动电路

3.2.2 温度控制电路

3.2.3 显示电路

3.3 光信号源的制作

3.4 光信号源的测试

3.4.1 光信号源直流P-I曲线

3.4.2 光信号源脉冲测试

3.4.3 光信号源噪声分析

4 实验系统组装、测试及结果分析

4.1 实验系统整体构架

4.2 吸收气室的设计

4.2.1 常见的吸收气室类型

4.2.2 实验系统中的吸收气室

4.3 器件的耦合与连接

4.3.1 光纤之间的连接

4.3.2 光纤与激光器的连接

4.3.3 光纤与气室的连接

4.4 实验结果分析

4.4.1 仿真计算

4.4.2 实际测试

5 结论

参考文献

作者简历

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