基于近紅外光譜吸收的乙炔光纖傳感系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著人口增長和工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，環(huán)境問題正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。應(yīng)運(yùn)而生的氣體傳感器在環(huán)境監(jiān)控、工業(yè)廢氣檢測等方面迅速發(fā)展。乙炔氣體是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣，同時(shí)也是油井變壓器故障特征氣體，對其快速精確檢測在環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)方面具有重要意義。近紅外光纖氣體傳感器響應(yīng)速度快、靈敏度高、鑒別能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)使其在氣體檢測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文對基于近紅外光譜吸收的乙炔氣體光纖傳感系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　首先，以氣體選擇吸收理論為基礎(chǔ)，依據(jù)

2、HITRAN數(shù)據(jù)庫對乙炔近紅外光譜的P9吸收峰進(jìn)行分析，最終選定波長為1530.37nm(6534.3636cm-1)，并確定了譜線參數(shù)；以朗伯-比爾定律為依據(jù)，通過檢測經(jīng)過反射或者透射型氣室輸出光強(qiáng)的變化來分析氣體濃度；以波長調(diào)制技術(shù)以及諧波檢測理論為基礎(chǔ)，分析了頻率調(diào)制信號(hào)理論模型，并且仿真分析了光強(qiáng)起伏對各次諧波信號(hào)的影響，還討論了一、二次諧波信號(hào)幅度與波長調(diào)制系數(shù)的關(guān)系；通過分析諧波信號(hào)與氣體濃度的關(guān)系，給出了利用一次諧波比值消

3、除光強(qiáng)波動(dòng)的檢測方案。
　　然后，分析比較了反射和透射型氣室特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上著重分析了離軸積分腔輸出光譜技術(shù)提高氣體探測靈敏度的基本原理及該項(xiàng)技術(shù)的主要腔膜噪聲，同時(shí)結(jié)合波長調(diào)制技術(shù)對積分腔輸出光譜技術(shù)的噪聲水平進(jìn)行了分析。
　　最后，給出了光譜吸收式乙炔氣體傳感系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。根據(jù)理論分析結(jié)果選擇合適的激光器并設(shè)計(jì)了相關(guān)電路，還設(shè)計(jì)了微弱信號(hào)處理單元的放大、濾波等電路。詳細(xì)介紹了使用相關(guān)檢測原理的平衡調(diào)制解調(diào)器AD63