基于諧波檢測技術(shù)的氣體濃度測量方法研究.pdf

1、隨著光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，近紅外光譜吸收型光纖氣體傳感器的研究在國內(nèi)外得到了迅猛發(fā)展。然而直接吸收光譜技術(shù)容易受到光源與光路波動以及探測電路引入噪聲的影響，所以，研究一種高靈敏度、性能穩(wěn)定的檢測技術(shù)具有十分重要的意義。通過對光源進行波長調(diào)制后，經(jīng)過被測氣體的信號會受到相應(yīng)的調(diào)制而含有諧波信號，最后利用鎖相放大器可以探測與氣體濃度相關(guān)的諧波信號進而得到被測氣體的濃度濃度。利用諧波檢測技術(shù)，將大大提高系統(tǒng)抗干擾能力，同時使檢測系統(tǒng)的靈敏度得到

2、極大提高。
　　本文通過理論與實驗對基于諧波檢測技術(shù)的氣體濃度測量方法進行了研究。主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)根據(jù)基于窄帶光源的諧波檢測技術(shù)的原理，推導(dǎo)了基于寬帶光源的二次諧波檢測技術(shù)的原理，分析了調(diào)制參數(shù)對諧波信號的影響，并對調(diào)制參數(shù)進行了優(yōu)化選擇。分析了多重調(diào)制技術(shù)提高檢測靈敏度的原理。
　　(2)設(shè)計了懸臂梁結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)波長調(diào)制，通過仿真分析，選擇了等強度懸臂梁，材料為碳纖維板，長度為20cm，底邊寬為4cm，厚

3、度為0.15cm，選擇了中心波長1531.59nm帶寬為0.18nm的光纖光柵，設(shè)計并制作了電磁鐵，最終制作了波長調(diào)制模塊，實現(xiàn)對光纖光柵中心波長的調(diào)制。
　　(3)通過實驗研究了調(diào)制頻率與電壓調(diào)制幅度對二次諧波信號的影響，分析了不用調(diào)制電壓與調(diào)制頻率下隨機噪聲對系統(tǒng)輸出的影響以及探測器的響應(yīng)輸出。最終確定了電壓調(diào)制幅度為2V、調(diào)制頻率為40Hz。
　　(4)設(shè)計并搭建了基于諧波檢測技術(shù)的氣體檢測系統(tǒng)，以乙炔氣體為例進行了測