近紅外光纖甲烷氣體檢測系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、甲烷氣體檢測是工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測和科學(xué)研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究課題。甲烷是一種易燃易爆氣體，對甲烷氣體進(jìn)行快速、實(shí)時(shí)的監(jiān)測對工礦安全生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)有著重要的意義。隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，憑借傳統(tǒng)傳感器不可比擬的優(yōu)勢，使得光纖氣體傳感器得到越來越廣泛的關(guān)注。
　　 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜（TDLAS）諧波檢測技術(shù)是在激光器與調(diào)制技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型高靈敏檢測方法，在氣體檢測領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。與常規(guī)的檢測方法相

2、比，具有選擇性好、靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗噪聲干擾、非接觸測量、無需對氣體預(yù)處理等優(yōu)點(diǎn)。
　　 本文在TDLAS的基礎(chǔ)上，對近紅外波段的甲烷氣體吸收譜線進(jìn)行檢測，采用三角波掃描和正弦波調(diào)制相結(jié)合的技術(shù)調(diào)制垂直腔面發(fā)射激光器，對經(jīng)氣體吸收后的一次、二次諧波信號成分進(jìn)行數(shù)學(xué)模型分析，提出了兩種解決方案。文中對光路和電路進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論，設(shè)計(jì)了信號發(fā)生電路、激光器驅(qū)動電路、5×10cm光程吸收氣室、微弱信號檢測處理電路、A/D和

3、D/A轉(zhuǎn)換及其調(diào)理電路。利用平衡調(diào)制解調(diào)器AD630作為鎖相放大器，提取一次、二次諧波信號幅度。以C8051F020單片機(jī)為核心，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與濃度輸出顯示，實(shí)現(xiàn)對0～5000ppm不同濃度甲烷氣體的測量。文章最后進(jìn)行了系統(tǒng)的標(biāo)定和性能測試，在該檢測系統(tǒng)中，一次諧波信號幅度明顯優(yōu)于二次諧波信號幅度，最終選擇一次諧波信號幅度作為系統(tǒng)檢測方案，分析了系統(tǒng)影響因素并提出改進(jìn)措施。
　　 測試結(jié)果表明一次諧波信號幅度與濃度存在著很好的線