基于高Q諧振腔方法的便攜式甲烷氣體傳感器的研究.pdf

1、在我國，煤礦中的瓦斯爆炸目前已成為制約煤礦安全生產(chǎn)的主要矛盾。因此，實時檢測甲烷氣體(瓦斯的主要成分)的產(chǎn)生源、泄漏源以及濃度，對煤礦的安全運行，人身安全及環(huán)境保護有著十分重要的作用。 本文是根據(jù)華東師范大學(xué)姚萌教授的自主專利《便攜式紅外半導(dǎo)體激光吸收式瓦斯氣體檢測方法及其裝置》中所提出的方法，即將光譜吸收型傳感技術(shù)和光學(xué)諧振腔結(jié)合起來，研究基于高Q諧振腔方法的便攜式甲烷氣體傳感器。此傳感器的核心部分是對傳統(tǒng)光學(xué)甲烷氣體吸收腔進

2、行改進，這種基于高Q諧振腔方法的小型甲烷氣體吸收腔解決了傳統(tǒng)光學(xué)甲烷氣體傳感器中因為需要散熱而要求氣室體積龐大的瓶頸，因此這一改進在很大程度上可以取代傳統(tǒng)光學(xué)甲烷氣體傳感器中體積龐大的吸收氣室。 文中利用Ansoft HFSS仿真軟件對基于高Q諧振腔方法的小型甲烷氣體吸收腔進行仿真，其仿真結(jié)果驗證了光點是隨機分布在凹面鏡的較大面積上，而不是集中在一點或某幾個點上。因此解決了傳統(tǒng)光學(xué)甲烷傳感器中氣室因光點集中所積聚的大量熱量得不到

3、及時釋放而導(dǎo)致光學(xué)元件燒損的問題，大大提高傳感器的工作壽命；同時也解決了傳統(tǒng)光學(xué)甲烷傳感器中因散熱而要求氣室尺寸很大的問題。經(jīng)改進的基于高Q諧振腔方法的小型甲烷氣體吸收腔，其最大特點是使用壽命長、光學(xué)結(jié)構(gòu)簡單、體積小，可以達到便攜的效果。這使得光學(xué)甲烷氣體傳感器不只是可以工作在實驗室中，也可以應(yīng)用在實際的外界環(huán)境中，對甲烷氣體濃度進行實時連續(xù)的檢測。同時文中通過對不同Q值諧振腔方法的小型甲烷氣室進行仿真，仿真的結(jié)果均驗證了場強在腔體內(nèi)的