基于光譜吸收的光纖氣體傳感理論及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著科技和工業(yè)的發(fā)展，氣體傳感器在環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)過程監(jiān)測、礦井安全監(jiān)測、大氣科學(xué)研究及生物呼吸診斷等多種場合或領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的氣體傳感器受到壽命短、交叉靈敏顯著及組網(wǎng)成本高等問題的困擾，在面向多領(lǐng)域的應(yīng)用時有很大的局限性。光纖氣體傳感器作為新型氣體檢測設(shè)備，除了本質(zhì)安全、壽命長、可以排除交叉靈敏影響之外，還具備和光纖網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的優(yōu)勢，極大的降低了傳感網(wǎng)絡(luò)的成本。因此，光纖氣體傳感器是氣體傳感領(lǐng)域一個十分重要的研究方向。<

2、br>　　本論文針對基于光譜吸收的光纖氣體傳感系統(tǒng)，進行理論分析和實驗研究，并圍繞其優(yōu)化展開進一步的討論。首先，介紹氣體光譜吸收理論，并建立氣體濃度與光譜吸收的關(guān)系，給出氣體吸收譜線選擇的依據(jù)。接著，針對在光纖通信窗口具有較強吸收譜的甲烷氣體進行研究?；诓罘治赵?，進行甲烷氣體檢測系統(tǒng)設(shè)計和實驗研究，在實驗中，達到271ppm的檢測精度。在甲烷氣體檢測系統(tǒng)基礎(chǔ)上，進行面向氣體檢測組網(wǎng)的多測點氣體檢測研究，提出了一種結(jié)合光開關(guān)的時分-

3、空分復(fù)用系統(tǒng)，進行了7個測試點的實驗，并分析了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和限制。
　　差分吸收方法檢測光譜吸收作用較弱的氣體時，理論能夠達到的精度較低。因此，本論文進一步對基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的諧波檢測式氣體傳感器進行研究。首先建立理論模型，分析諧波信號和氣體濃度的關(guān)系。接著，在MATLAB中對檢測模型進行仿真，分析調(diào)制和掃描信號對檢測靈敏度的影響，從而優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計。
　　之后，進行電路設(shè)計和實驗系統(tǒng)搭建，進行 CO2氣體檢測實驗