光譜吸收型光纖氣體傳感技術(shù)研究.pdf

1、近年來，石油、化工、煤炭、冶金等工業(yè)得到迅猛的發(fā)展，隨著工業(yè)生產(chǎn)而產(chǎn)生的各種各樣有毒有害氣體也迅速增加，造成的氣體中毒事故也不斷增多，對(duì)人民財(cái)產(chǎn)安全和生存環(huán)境構(gòu)成很大威脅。因此對(duì)可燃?xì)怏w和有毒有害氣體的檢測顯得尤為重要。
　　 光纖氣體傳感器由于具有常規(guī)氣體傳感器無法比擬的體積小、重量輕、靈敏度高、結(jié)構(gòu)靈活、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，因此近幾年來備受關(guān)注。本文在綜述光纖氣體傳感器的發(fā)展過程和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了現(xiàn)有的光纖氣體傳感技術(shù)的原

2、理和方法，指出它們的優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用局限性。并基于氣體分子吸收光譜理論和比爾-朗伯定律，分析了差分吸收型氣體傳感器的數(shù)學(xué)模型和基于窄帶光源的諧波檢測光纖氣體傳感器的數(shù)學(xué)模型，提出了基于掃描光源的差分光譜吸收型氣體傳感系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多種氣體的同時(shí)檢測。
　　 研究的主要工作如下：
　　 (1)提出了基于光源掃描的光纖氣體傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了一種新的基于差分吸收原理的氣體傳感系統(tǒng)，能對(duì)單一氣體進(jìn)行多波長定標(biāo)檢測，同時(shí)可以

3、完成多種氣體共存環(huán)境下的檢測。
　　 (2)提出采用并聯(lián)諧振回路來解決掃描光源驅(qū)動(dòng)電路線性失真的方法，通過合理選擇與可調(diào)諧法波濾波器相匹配的電路參數(shù)，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)諧振回路，以消除由于可調(diào)諧法珀濾波器的電容特性所引起的鋸齒波驅(qū)動(dòng)電路的線性失真，保證了掃描光源工作的穩(wěn)定性。
　　 (3)提出了光譜意義上的數(shù)字平均濾波法，利用法珀標(biāo)準(zhǔn)具ETALON和參考光柵提供的波長參考，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的光譜重現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)氣體在N個(gè)掃描周期

4、內(nèi)相同光譜信號(hào)的疊加，克服了可調(diào)諧法珀濾波器的驅(qū)動(dòng)電壓和透射波長的不確定性影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氣體檢測的靈敏度和信噪比得到了明顯提高。
　　 (3提出了一種基于最小二乘的背景噪聲消除方法。利用傳感氣室的輸出和輸出的擬合曲線相除的方法，實(shí)現(xiàn)了傳感器輸出的歸一化，解決了傳感器背景噪聲漂移的問題，同時(shí)解決了濃度對(duì)氣體吸收譜擬合線的影響，提高了測量精度。
　　 (4)提出了基于掃描光源的光纖氣體傳感系統(tǒng)微弱信號(hào)檢測方法，分析了傳