基于可調(diào)諧激光技術的煤礦用乙烯痕量氣體檢測系統(tǒng)研究.pdf

1、我國很早就有煤炭，煤炭本身就具有很強的自燃性，在多樣化的煤田開采中極易發(fā)生自然且自燃煤層的礦區(qū)分布較廣。而煤自燃早期預測預報是防治煤層自燃的關鍵，乙烯對于煤炭火災的預測測量其溫度范圍小，我們只需要判定是否在這個溫度范圍內(nèi)便可提前預測煤炭井下火災的提前預知，所以將乙烯作為井下預測火災的重要指標氣體，它是最理想的煤炭火災中期預測預報指標氣體。利用基于可調(diào)諧二極管激光吸收光譜學(TDLAS)的氣體檢測技術可實現(xiàn)準確度高、響應速度快,且在不需要

2、采樣的同時便可實現(xiàn)多參數(shù)同時檢測和無需手動標定等優(yōu)勢，成為實時在線檢測氣體方法中發(fā)展速度最快的1種。本文研究的主要目的是開發(fā)出適用于井下的痕量氣體乙烯檢測系統(tǒng)，以期實現(xiàn)能達到1×10-6以下檢出限的超痕量氣體檢測系統(tǒng)。而同時其他痕量氣體的檢測也大多數(shù)可以在本系統(tǒng)中實行，說明了本系統(tǒng)具有很強的適用性，同時對痕量氣體檢測起到了參考作用。
　　通過對氣體分子吸收光譜本身特性的研究進行分析并利用波長調(diào)制法通過在激光器驅動電流上加載高頻調(diào)制

3、信號而實現(xiàn)對激光輸出頻率的調(diào)制，并對調(diào)制系數(shù)及調(diào)制頻率進行優(yōu)選，并從仿真出的二次諧波的波形圖中完成在1626.03nm處的二次諧波峰值的濃度擬合，并從中推導出之間的擬合關系式;并利用小波變換方法實現(xiàn)噪聲去除和基線校正兩個問題的同時解決;并通過實驗的方式對乙烯氣體吸收譜線受溫度和壓強的影響的變化趨勢進行分析，并從中找出修正辦法。通過對系統(tǒng)的發(fā)射與接收單元、長光程吸收池和電路系統(tǒng)3分進行了設計;同時設計了可進行光程長度的具有White池結構

4、的長光程吸收池;最終完成了整個系統(tǒng)的設計。
　　最后通過對系統(tǒng)的檢測精度、本安性能、電磁兼容性能3方面做了效能測試。在檢測精度方面通過與氣相色譜儀的對比試驗，實現(xiàn)對4×10-6乙烯氣體的穩(wěn)定檢出;利用100×10-6標準乙烯氣體和配氣系統(tǒng)，在不同濃度下對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了測試，結果顯示穩(wěn)定后濃度的偏差小于2×10-6;通過重復性實驗發(fā)現(xiàn)結果都小于1×10-6。為保證系統(tǒng)適用于井下易燃、易爆環(huán)境，對系統(tǒng)做了過流、過壓實驗及短路試驗，