光纤瓦斯多点传感系统的设计

差分吸收法是基于近红外光谱吸收、远距离监测气体浓度的重要方法.采用双波长差分检测法,选取1 653.7 nm作为甲烷气体的吸收峰,1 652 nm作为参考波长,设计了一种新型远距离多点测量的光纤瓦斯传感系统,可以对甲烷气体浓度进行实时检测.通过对光路链路损耗的预算及吸收系数的计算,综合考虑气室结构和数字信号处理电路等影响系统性能的重要因素,从理论上论证了该方案的可行性.系统的稳定性及测试灵敏度需通过实验验证,仍有较大的提高空间,同时也可用于实现其他气体浓度的监测和远程监控.     

利用TDLAS技术的多点甲烷气体全量程监测

甲烷气体是一种对人体和环境有严重危害的气体,特别在煤矿、天然气罐、气站和石油化工等安全生产领域,对甲烷气体的泄漏监测至关重要。利用可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）,选择1 653.72 nm波长作为甲烷气体直接吸收检测的中心波长,使用微透镜设计了14 cm光程吸收池建立了一套浓度范围为0~100%全量程甲烷在线监测系统,利用分束器分成多路对不同位置进行监测,通过小波变换对吸收信号进行降噪处理,提高信噪比,使系统的最低测量极限达到335 ppm （1 ppm=10-6）,并将自行研制的多点全量程激光甲烷传感器与商用红外甲烷气体探测器进行对比实验,结果表明:该系统具有测量稳定性好、测量范围大、响应速度快、免调校、测量探头本征安全、低成本等优点,完全有能力满足各行业的使用需求。     

基于激光吸收光谱多点瓦斯监测技术的研究

研究了可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术在煤矿多点瓦斯监测中的应用.分析讨论了基于光谱吸收原理的多点瓦斯实时监测系统的设计方案,TDLAS技术、分布式光纤传感技术和时分复用的信号检测技术相结合,实现多点气体浓度的光学传感.提出了在光路中嵌入标定池的方法来反演浓度.通过不同浓度的瓦斯气体对系统性能进行了测试,检测限低于60×10-6.研究表明系统方案可行,该技术具有实时、连续、非接触快速检测的特点,能够满足矿井瓦斯多点安全监测要求.关键诃: 激光吸收光谱;光纤传感技术;瓦斯;时分复用     

基于光纤光栅的差分式甲烷气体传感系统研究

根据甲烷分子的光谱吸收特性,研究设计了一套基于差分吸收技术的光纤传感系统.系统以发光二极管(LED)为光源,折返式吸收池作为气室,利用光纤光栅的窄带滤波特性,用双光路实现了差分吸收检测.分析和实验表明,该系统具有可行性,可用于煤矿、天然气站等领域进行远距离气体含量的实时监测.     

甲烷红外吸收光谱随环境变化关系研究

基于气体谱线展宽理论,数值模拟了甲烷泛频带2ν3的R(9)支吸收线型。利用可调谐半导体激光器从实验上测量了甲烷2ν3的R(9)支吸收线型。通过扫描1637.6～1637.92 nm甲烷混合气体的吸收光谱,计算得到甲烷自展宽系数(0.0725±0.008)cm-1/atm,空气碰撞加宽系数为(0.0335±0.0012)cm-1/atm。并首次从理论上给出了甲烷1637.8 nm吸收峰中心波长,在标准大气压条件下,随甲烷浓度变化的关系。对提高激光调制技术测量气体精度,具有重要意义。     

基于数字频率锁定技术实时探测实际大气中甲烷浓度

利用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术对气体进行长时间实时监测时,激光器波长的漂移会给测量精度造成较大的影响。为了消除这种影响,利用Lab-VIEW设计的数字比例积分微分(PID)算法和软件数字锁相,将激光频率锁定在待测气体的吸收峰上。采用1.653μm的分布式反馈(DFB)半导体激光器作为光源,结合100 m离散型Herriot吸收池,选择空气中的甲烷作为研究对象,对系统性能进行了测试和分析。结果表明,该系统可以将激光器稳定在±0.001 cm-1范围内,对激光器的漂移起到了很好的抑制作用。系统使用二次谐波测量时1 s积分时间内检测限约为1.8×10-8体积分数,可以满足环境空气中甲烷的长时间监测。该方法可以直接应用于其他痕量气体探测、燃烧诊断等领域。     

光纤甲烷温度双参数检测系统的研究

温度影响可调谐半导体激光器吸收光谱(TDLAS)式气体监测的准确性,研究了一种甲烷、温度同时检测的系统,两种参数互相校正,提高了气体监测的准确性,同时也提高了温度的检测精度。系统采用1653.7 nm中心波长的分布反馈(DFB)半导体激光器,采用锯齿波调制激光器使其波长扫描,同时扫描出光纤布拉格光栅(FBG)波长以及气体吸收强度,从而可以测出温度和甲烷两个检测量。温度检测可以校正由于温度变化引起的气体检测误差,同时,气体吸收线位置又可以为FBG进行准确的波长定位,使得温度检测精度更高。这种温度、甲烷双参数检测系统更加稳定可靠,更适合应用于煤矿开采和瓦斯抽采等领域。     

高灵敏激光吸收光谱仪监测北京城区甲烷浓度变化

利用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)对环境空气中的甲烷进行了测量.选择不受干扰的1.65μm处的吸收线对甲烷进行浓度监测.在2005年秋季对北京城区的甲烷气体以1min的时间分辨率进行了近1个月的连续监测.甲烷的浓度在19:00左右开始上升,在凌晨01:00左右开始下降,具有明显的周期性.浓度最低值出现在白天,而最大值出现在夜里,给出了甲烷的日变化和连续监测结果.     

红外吸收式光纤甲烷气体传感系统的研究

通过对甲烷气体吸收光谱的分析,结合光学器件的发展情况,提出了红外吸收式光纤甲烷气体传感测试方法。该测试系统基本工作原理是多分子气体对特征吸收波长的光吸收作用随浓度变化而变化。该系统以1.33μm波长的分布反馈式半导体激光器(DFB LD)作为光源,响应灵敏度1 nW的光功率计作为光探测器。采用单光路传输,通过实验说明红外吸收式光纤甲烷气体传感器可靠检测小于体积分数15%的甲烷体,为其进行报警等应用打下基础。     

光纤甲烷气体传感器

本文介绍了基于干涉法和光谱吸收法的光纤甲烷气体传感器系统的原理、设计和系统结构,并对它们进行了比较。采用光学测量方法,不仅能精确测量甲烷气体浓度,而且安全可靠。尤其在1．6654μm波长处,采用光谱吸收法测量甲烷气体浓度,可使传感系统的灵敏度变得更高。