基于光譜吸收的光纖氣體傳感理論及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著科技和工業(yè)的發(fā)展，氣體傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)過(guò)程監(jiān)測(cè)、礦井安全監(jiān)測(cè)、大氣科學(xué)研究及生物呼吸診斷等多種場(chǎng)合或領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的氣體傳感器受到壽命短、交叉靈敏顯著及組網(wǎng)成本高等問(wèn)題的困擾，在面向多領(lǐng)域的應(yīng)用時(shí)有很大的局限性。光纖氣體傳感器作為新型氣體檢測(cè)設(shè)備，除了本質(zhì)安全、壽命長(zhǎng)、可以排除交叉靈敏影響之外，還具備和光纖網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，極大的降低了傳感網(wǎng)絡(luò)的成本。因此，光纖氣體傳感器是氣體傳感領(lǐng)域一個(gè)十分重要的研究方向。<

2、br>　　本論文針對(duì)基于光譜吸收的光纖氣體傳感系統(tǒng)，進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，并圍繞其優(yōu)化展開(kāi)進(jìn)一步的討論。首先，介紹氣體光譜吸收理論，并建立氣體濃度與光譜吸收的關(guān)系，給出氣體吸收譜線選擇的依據(jù)。接著，針對(duì)在光纖通信窗口具有較強(qiáng)吸收譜的甲烷氣體進(jìn)行研究。基于差分吸收原理，進(jìn)行甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究，在實(shí)驗(yàn)中，達(dá)到271ppm的檢測(cè)精度。在甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，進(jìn)行面向氣體檢測(cè)組網(wǎng)的多測(cè)點(diǎn)氣體檢測(cè)研究，提出了一種結(jié)合光開(kāi)關(guān)的時(shí)分-

3、空分復(fù)用系統(tǒng)，進(jìn)行了7個(gè)測(cè)試點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)，并分析了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和限制。
　　差分吸收方法檢測(cè)光譜吸收作用較弱的氣體時(shí)，理論能夠達(dá)到的精度較低。因此，本論文進(jìn)一步對(duì)基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的諧波檢測(cè)式氣體傳感器進(jìn)行研究。首先建立理論模型，分析諧波信號(hào)和氣體濃度的關(guān)系。接著，在MATLAB中對(duì)檢測(cè)模型進(jìn)行仿真，分析調(diào)制和掃描信號(hào)對(duì)檢測(cè)靈敏度的影響，從而優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)。
　　之后，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建，進(jìn)行 CO2氣體檢測(cè)實(shí)驗(yàn)