基于光譜吸收的光纖式有害氣體測量技術(shù)的研究.pdf

1、隨著石油、天然氣工業(yè)以及煤炭工業(yè)的發(fā)展，煤礦爆炸事故日益增加。我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國，也是世界上少數(shù)以煤為主要能源的國家之一。在煤炭的生產(chǎn)、加工過程中產(chǎn)生的大量甲烷(CH<,4>)及一氧化碳(CO)等易燃易爆氣體，帶來了煤礦安全、環(huán)境污染等一系列的問題。因此，對(duì)煤礦生產(chǎn)、加工過程中產(chǎn)生的有害氣體進(jìn)行高靈敏度檢測變得十分重要。 通信技術(shù)的發(fā)展使得光源及各種光纖器件性能更加完善。因此，在各種氣體傳感器中光纖氣體傳感器受到

2、國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。光纖氣體傳感器因其敏感元件與檢測電路和信號(hào)處理電路實(shí)現(xiàn)了完全的電隔離，使系統(tǒng)更加安全可靠。 本文以煤礦井下主要有害氣體甲烷(CH<,4>)和一氧化碳(CO)為檢測目標(biāo)氣體，進(jìn)行基于光譜吸收的全光纖傳感系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。研究的主要工作如下： (1)應(yīng)用氣體分子光譜理論和實(shí)驗(yàn)，研究甲烷分子及一氧化碳分子的近紅外光譜吸收特性，選擇吸收波長，消除交叉敏感。 (2)研究基于光譜吸收理論的氣體傳感

3、技術(shù)，抑制檢測信號(hào)中與氣體濃度無關(guān)的各種干擾成份，提高系統(tǒng)的檢測靈敏度。 (3)基于光纖布拉格光柵的窄帶濾波特性，設(shè)計(jì)了以光纖布拉格光柵為濾光元件的差分吸收系統(tǒng)和諧波檢測系統(tǒng)。 (4)利用光纖布拉格光柵作為光學(xué)濾波器，設(shè)計(jì)CH<,4>和CO兩種氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)行光學(xué)傳感氣室的設(shè)計(jì)與研制。研究光源和光探測器的光電特性，研究分析光纖與光源、光探測器與光纖以及光纖與氣室之間高效耦合技術(shù)。 (5)研究微弱光信號(hào)的檢測