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。     

基于光谱吸收的光纤气体传感器光源波长稳定控制技术

采用具有高精度电流注入模块和温度控制模块的分布反馈式半导体激光二极管作为光纤气体传感器的光源,基于气体吸收和谐波检测理论,分析了当光源输出光谱中心波长位于气体分子吸收峰不同位置时,所产生的谐波具有不同的特征.通过时这些特征进行检测并反馈给光源的温度控制模块,可以稳定光源的输出波长,使其与气体分子吸收峰对齐,从而提高测量性能.试验表明该方法对于波长稳定有很好的控制效果.     

光谱吸收型光纤一氧化碳传感器

基于气体分子的近红外光谱吸收机理,研究一种可以检测一氧化碳的光纤气体传感器.对窄带光源DFB LD进行正弦波调制,建立差分吸收的数学模型,利用谐波技术实现气体浓度的检测.系统采用差分结构有效消除了光源光强噪声干扰以及光电器件的零点漂移.实验结果表明,传感器性能稳定、灵敏度高、重复性好,并且不受其它气体的干扰.     

分时差分式光纤甲烷气体检测仪的研制

基于甲烷气体的吸收光谱特性，研制了一种用低廉LED作光源的新型分时差分式光纤甲烷气体检测仪。光源LED自动实行交替斩波，波长切换机构的灵巧设计可以用单光路实现差分吸收浓度检测，消除了双光路的差异。理论和实验表明，该结构既可以简化设计，又可有效抑制信号检测与传输中的同性干扰。     

基于非色散红外技术的二氧化碳传感器研究

为了降低二氧化碳传感器的功耗,满足煤矿安全监测系统多传感器长距离带载的应用需要,利用二氧化碳气体分子在4.2～4.32μm红外光波段的强吸收特性,设计了一种基于LED-PR光学结构的低功耗二氧化碳传感器.在分析红外二氧化碳检测原理的基础上,研究了LED光源、PR探测器器件选型及光谱吸收特性,并对LED光源驱动电路设计原...     

新型嵌入式甲烷无线检测仪的研制

提出了一种基于嵌入式计算机技术和ZigBee无线传感网络技术的新型甲烷无线检测仪设计方案.采用单只普通LED为光源,通过嵌入式微计算机系统控制完成交替滤光斩波来得到双波长入射光束,根据甲烷对光线的吸收原理计算气体浓度和变化率;通过ZigBee实现仪器组网和数据远传.测试表明,该检测仪具有检测精度高、反应速度快、组网灵活和实用性强等优点.     

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。     

可调谐激光吸收光谱学检测甲烷浓度的新方案研究

基于可调谐二极管激光吸收光谱的光纤气体传感器检测气体浓度,具有灵敏度高、选择性好、响应时间快等优点。目前报导的基于二次谐波的气体浓度检测系统,普遍采用一次、二次谐波幅值之比作为系统输出,消除光强波动的影响。研究中分析了二次谐波检测方案的特点与不足,提出利用一次谐波检测甲烷的浓度,以一次谐波峰峰值与平均值的比值作为系统输出,系统结构简单,并可抑制光源波长漂移和扫描步长等因素对系统检测精度的影响。实验结果表明甲烷的浓度与系统输出值之间具有很好的线性关系,其线性拟合系数为0.999,系统的分辨率和检测精度分别为20×10-6和100×10-6。     

基于GFC的非分散红外CH_4和C_2H_2气体检测系统

基于甲烷气体和乙炔气体近红外吸收的机理,研究了一种高灵敏度非分散红外系统,同时测量甲烷气体和乙炔气体浓度.系统采用折反式吸收池作为气室,结合先进的气体滤波相关技术和相关检测技术,实现了对微弱光谱信号的调制和检测,最后实现对浓度的反演,从而实现了甲烷和乙炔气体实时测量.试验结果表明:系统具有10~(-5)的测量分辨力.     

基于差分吸收的H_2S气体浓度检测系统

石油和天然气开采过程中,H_2S气体浓度很低,很难精确检测,直接吸收检测H_2S的方法虽然容易实现,但是由于光源不稳定,检测精度偏低。文中采用差分检测系统检测H_2S气体浓度,并介绍该系统的基本原理,建立了H_2S气体检测的数学模型。整个系统采用LED作为光源,为提高检测精度,先将光源输出的光波进行滤波。然后采用差分吸收检测方法,用光纤布拉格光栅进行滤波和调制,得到2种不同波长的光源,通过锁相放大技术得到2个幅值信号。将2个幅值信号相除得到H_2S气体浓度检测的仿真结果。结果表明,光纤光栅滤波与差分吸收检测系统相结合的方式,减小了由温度不稳定、光源波动、光路强弱等引起一系列误差,提高了检测气体的精确度。