基于谐波检测技术的多点光纤乙炔气体传感器

基于乙炔气体近红外吸收的机理,研究了一种以DFB LD为光源的高灵敏度光谱吸收型乙炔气体多点检测系统.采用光源调制实现气体浓度的谐波检测,利用二次谐波与一次谐波的比值来消除光路干扰.采用空分复用技术实现多点气体浓度的检测,使多个传感器共用一个光源,降低了成本.建立了谐波检测的数学模型,给出了乙炔气体的测量结果.测试结果表明:系统灵敏度和稳定性高,重复性好,适应性强.     

吸收式光纤乙炔气体传感器的研究

基于乙炔气体的光谱吸收特性,采用一种带有参考通道的光纤乙炔气体在线实时检测系统.在设计过程中采用了双光路结构解决系统不稳定问题,消除随机因素的影响,提高测量准确度.给出了该光纤乙炔气体浓度测量的实验结果.     

可调灵敏度的新型光纤光学甲烷检测系统

应用取样光纤光栅和棱镜气室,构建了灵敏度可调的光纤甲烷检测系统,可实现对甲烷气体等距分布的多条吸收线的同时测量.利用背景扣除和比值处理技术,实现了常压下甲烷不同体积分数的检测.气体配置过程的在线实验表明,系统示值与体积分数变化间线性关系良好.     

高灵敏度腔增强吸收式乙炔气体检测系统

基于超窄线宽激光特性和光源波长扫描技术,构建了高灵敏度腔增强吸收式乙炔气体检测系统。该系统采用超窄线宽可调谐半导体激光器作光源,使用两块高反射率平凹透镜组成的光学谐振腔作吸收池,通过扫描腔长使入射激光频率与谐振腔模式相匹配,利用激光失谐技术快速断开入射激光,从而实现对微量乙炔气体浓度的衰荡测量。利用腔增强吸收技术测得了激光衰荡时间和6 518.824 cm^-1附近的乙炔弱吸收光谱并进行了分析。结果表明,乙炔气体浓度线性相关系数优于0.999,最大相对误差小于2.5%,极限检测灵敏度为2×10^-6;逐次充入一定体积的乙炔气体,动态响应时间均小于10 s。该检测系统精确度好、灵敏度高,具有较好的动态响应特性,可用于电力变压器故障气体实时在线监测。     

甲烷多通道远程无源光纤传感检测系统

基于气体在吸收峰波长下对光的吸收随浓度变化的原理,研制了一种多通道.多点测量远程无源光纤传感甲烷检测系统,根据甲烷的吸收峰对应的波长选择分布反馈式半导体激光器作为光源.远程无源传感保证了传感探头现场的安全性,能应用于传统传感器不能应用的场合.经实际检测应用表明,该系统具有很高的精度和稳定性.     

利用光纤甲烷气体传感器实现井下气体的分布式测量

光纤气体传感器是一种新型传感器,通过研究,提出一种基于谐波检测的高灵敏度光谱吸收型光纤甲烷气体传感器。系统光源为DFBLD,利用二次谐波与一次谐波的比值来消除由光源的不稳定和变化所引起的检测误差。采用时分复用技术,实现对井下气体的分布式检测。实验结果表明：基于光谱吸收原理的光纤甲烷传感器系统性能较为稳定,灵敏度较高,测量范围宽,重复性较好,适合于检测煤矿井下瓦斯含量的分布式测量。     

沼泽湿地甲烷气体浓度检测

针对传统沼泽甲烷气体检测方法中存在的过程繁琐、实时性差的问题,分析了基于近红外可调谐半导体激光吸收光谱的光学式检测方法.提出通过计算一次谐波信号的峰值与平均值对气体浓度测量的方案,并结合虚拟仪器技术加以实现.经实验测试表明:该系统性能稳定,能够实现在线实时检测,检测精度(体积分数)为0.02%.     

3.53μm激光外差太阳光谱测量系统

激光外差技术具有高光谱分辨率特性,常用于地球大气探测研究,尤其是测量整层大气透过率及气体浓度反演。本论文设计了以窄线宽3.53μm分布反馈式带间级联激光器作为本振光源的激光外差系统,实现了整层大气中水汽和甲烷气体吸收光谱的测量,系统光谱分辨率达到0.002cm-1,信噪比为24.9dB,达到多普勒线型吸收谱线的测量要求。利用自行搭建的测量系统测量了3.53μm波段整层大气透过率,与辐射传输软件仿真分析结果进行对比,其绝对差值小于0.1,实测透过率与仿真透过率具有相同的变化趋势。该系统结合最小二乘法实现了实际大气中水汽和甲烷的同步反演,合肥地区春季水汽和甲烷的柱浓度均值分别为1.20g/cm2和1.31mg/cm2。通过对3.53μm激光外差太阳光谱测量系统的研究,掌握了调提高光谱分辨率和信噪比的方法,为获取大气分子更加准确的吸收谱线和气体浓度反演奠定了基础。     

新型非毒化红外瓦斯传感检测系统研究

提出一种基于非色散性红外检测技术的非毒化红外瓦斯传感器检测系统.它利用瓦斯气体对某一特定波长红外光吸收性能与瓦斯浓度之间存在的确定关系,通过测定特定波长红外光被吸收的程度反映瓦斯浓度值的原理进行工作.详细介绍了非色散性红外吸收气体检测原理,分析了脉动光源与热电探测器信号及热电探测器信号与气体浓度之间的关系,给出了瓦斯浓度的实用测量算法及传感器检测系统的软硬件设计方案.实测结果表明,该传感器检测系统具有标定周期长、测量精度高、不受其他气体影响和不会产生催化中毒等特点,其各项性能指标均已达到实际应用要求.     

基于TDLS的光谱吸收型CO_2传感器仿真与实验研究

文中采用可调谐半导体激光器光谱吸收技术(TDLS),针对激光调制参数设置问题,建立CO_2气体光谱吸收理论模型,分析光谱吸收后产生基波、二次谐波信号与气体浓度的关系。使用Simulink进行仿真,研究激光器调谐系数对谐波强度的影响,并优化了实验系统的设计参数。通过搭建CO_2检测系统,进行气体浓度定标测试,得到气体浓度与谐波强度的关系,采用叠加平均和积分的方法处理检测信号,使系统性能得到显著提高。由此实现了CO_2气体高精度检测,为谐波检测技术的实际应用提供了参考。     

Improved low concentration gas detection system based on intracavity fiber laser

The improvement of a low concentration gas detection system based on the intracavity fiber laser is proposed in this paper. The sensitivity of the system is deduced based on Lambert-Beer law. The optimized system was established with the gas cell made elaborately. In order to apply the wavelength sweeping technique, the fiber Bragg grating reflector was substituted by the wavelength independent Faraday rotation reflector. The sensitivity of the system for acetylene detection is reduced to less than 100 ppm by using the average of three absorption spectra. The acetylene detection coefficients of variation with different concentrations are measured. The gas measurement system is validated to detect low concentration gas effectively.     

Miniature low-power IR monitor for methane detection

A portable methane gas monitor based on an infrared spectrum absorption principle has been developed using a dual-channel and dual-wavelength pyroelectric infrared detector, active filters around the overtone absorption lines of methane at 3.31 μm, reference filters around the non-absorption lines of methane at 3.93 μm, mid-IR LEDs, a miniature gold-filled cell structure, temperature sensors for gas concentration calibration and compensation, an electrical modulation source, and a highly integrated intelligent controller. A detailed investigation has been carried out to design a low-cost portable IR optical sensor for methane detection that can operate in harsh environments with temperature variations between −10 °C and 40 °C. The infrared detection optics principle used in developing this system is mainly analyzed. A prototype based on this design showed an accuracy of ±0.05%, which meets the technology requirements of lower-power consumption, reduced volume, and wide measurement range.     

NOVEL SPECTRUM ABSORPTION OPTICAL FIBER METHANE SENSOR

Based on spectrum principle and analyzing the infrared absorption spectrum of methane, a kind of optical fiber methane gas sensor and its system are developed. DFBLD(Distributed feedback laser diode) in 1 300 nm waveband is used as illuminant and phase-detecting technology is used to cany out harmonic wave detecting the concentration of methane. The sensitivity can arrive at 10-5. Experiments results show that the performance targets of the sensor such as sensitivity can basically satisfy the requests of methane detection.     

基于红外吸收光谱的甲醛气体浓度检测

针对传统甲醛气体检测的不足,基于红外光谱吸收原理,采用差分吸收技术设计了甲醛气体浓度探测系统。该方法对检测的甲醛气体光谱值以及供电电压进行模数转换,通过光学检测系统对甲醛气体浓度进行检测,利用虚拟仪器LabVIEW软件实现数据采集、数据处理及数据存储与回放等功能。具有操作简单,界面直观,人机友好的特点,能对室内甲醛气体浓度进行实时检测。     

基于波长调制技术的甲烷气体浓度检测的研究

与谐波检测相结合的波长调制技术是目前检测有害气体的主要方法。主要是用实验的方法找到了甲烷气体在1 650 nm附近的一根吸收线,然后采用正弦信号对激光器的驱动进行了调制,实现了甲烷气体浓度的谐波检测。用锁相放大器RS830来提取二次谐波,然后根据锁相放大器的原理,用LabVIEW软件实现了锁相放大器的设计,来提取一次谐波信号,节约了成本。由气体吸收室中的GRIN透镜引起的标准具效应是影响检测灵敏度的主要原因,最后对该噪声和其他可能的影响进行了分析。     

光谱吸收型光纤多气体传感系统

基于气体的近红外吸收机理，研究了一种可以检测多种气体的全光纤传感方法，采用光纤光栅波分复用技术．通过光纤光栅和压电陶瓷（PZT）对宽带光源LED进行波长调制，获得与相应气体吸收峰相对应的窄带反射出射光，检测二次谐波，实现对多种气体的较高灵敏度测量。利用二次谐波与光纤光栅透射光强的比值来消除光路干扰。建立了谐波检测的数学模型，进行了光纤C2H2和CO气体测量系统的实验研究。     

Applied technique of focused ion beam milling based on microstructure of photonic bandgap fiber

In this paper, a precision micromachining technique for photonic bandgap fiber (PBGF) using focused ion beam (FIB) milling was reported. Types of PBGF have the honeycomb structure with a hollow core surrounded by microstructured cladding, and the widths of the thin silica struts are only 10～100 nm. The shape of fiber section is the most important prerequisite for maintaining good output coupling efficiency and allowing gas diffusion. Therefore, a proper machining method can avoid microstructure collapse and is crucially important for the experimental investigations. The FIB milling process was discussed and realized to improve performance of PBGF gas cell in this study. The absorption spectra of acetylene (C₂H₂) gas and methane (CH₄) gas have been investigated using the propose measurement system based on PBGF gas cell. The experimental results clearly indicated a high overlap between the propagating light and filled gas inside the PBGF. Therefore, these studies can contribute to highly sensitive gas sensing, higher accurate wavelength references, and other applications.     

本质安全型甲烷在线检测系统的研制

针对煤矿输气管道甲烷检测的要求及环境条件的特殊性,设计了一种本质安全型甲烷在线检测系统,成功实现了煤矿输气管道甲烷长期稳定的闭环检测。介绍了样气处理系统的组成和实施方案,以及红外甲烷传感器的特点。