基于频移干涉光纤腔衰荡技术的甲烷传感系统

煤矿事故严重威胁人们的生命和财产安全,瓦斯作为煤矿事故的罪魁祸首,其主要成分是甲烷。因此,选择一种性能优良并且能够实时探测甲烷浓度的气体传感器对安全生产和检测大气环境是十分有意义的。在众多气体传感器中,光纤气体传感器由于容量大、损耗小、体积小、抗腐蚀、抗干扰能力强等优势受到学者和仪器制造商的青睐。本文对比了几种光纤气体传感器,基于光谱吸收技术的光纤气体传感器体积小、成本低、功耗小,其使用最为广泛。在光谱吸收技术的基础上,发展了一种高灵敏度的探测技术,腔衰荡CRD(Cavity Ring-Down)技术。相比于普通的光谱吸收技术,其吸收光程长,灵敏度高出3个～4个数量级,并且对光源强度稳定性要求不高。但是,为了有效、实时地探测到衰荡信号,该技术对探测器的速度要求极高。本文研究的频移干涉腔衰荡FSI-CRD(Frequency-Shifted Interferometry Cavity Ring-Down)技术,通过将腔衰荡技术结合频移干涉技术,构建了频移干涉腔衰荡甲烷传感系统,实现了衰荡信号从时间域到频域的转换,降低了对探测设备的要求,并通过实验验证了该系统可以用于甲烷气体浓度的测量。     

近海浅层气甲烷浓度原位在线监测方法与仪器研究

近海浅层气实时原位在线监测对海洋建设工程的安全施工至关重要。文章提出了一种基于薄膜界面检测的近海浅层气甲烷浓度实时原位在线监测方法并进行了仪器研究。设计的近海浅层气检测探头实现了浅层气与沉积物的分离、甲烷气体浓度的检测、测量数据传输至监测数据汇集节点。仪器的信号汇集节点将接收的测量数据无线发射到上位机的接收电路,上位机实现测量数据的处理、记录和存储。搭建的模拟沉积物试验装置利用一系列不同标准浓度的甲烷气体对所设计的气体探头进行了验证,测量结果的绝对误差均在-0.1%以内,实验结果表明设计的仪器具有优良的性能。最后选取了实际测量点完成了现场实时测量,实现了气体检测探头一次贯入海底、区域化、原位和在线浅层气中甲烷浓度有效监测。     

煤矿瓦斯气体的光声光谱检测研究

煤矿瓦斯(CH4)是一种可用于诊断煤矿安全生产的特征气体。光声光谱技术是一种新型的气体检测技术,具有选择性好、灵敏度高、动态监测范围大、不消耗被测气体等优点,能很好地应用到CH4气体的在线监测。基于光声光谱技术的基本原理,利用分布反馈半导体激光器构建一种用以检测CH4的光声光谱装置,利用该装置研究了气体光声信号与CH4浓度、温度、斩波频率、激光功率、背景气体、以及压强之间的关系,并测得甲烷在2ν3带的R(3)支的光声光谱。     

噪声对光声气体检测系统影响的研究

工作环境是影响光声气体检测系统的一个重要因素。实验发现,噪声对光声信号有很大的影响,导致甲烷气体浓度检测的不准确性。该文对不同甲烷气体浓度在有噪声和无噪声的情况下,测量光声信号的大小。通过对比,引入修正函数对在噪声情况下的光声幅值进行校正。实验表明了该方法切实可行。     

测量叶绿素a/ c 生长特征的全光纤荧光谱仪的研究

介绍一种测量海藻中叶绿素a/c生长特征的全光纤荧光谱分析仪 ,包括荧光测量、光纤传输、光纤光谱仪数据采集、频谱分析与微机信号处理的设计 ,组成全新的光 机 电一体化的在线测量分析仪器 ,并给出了测绘的叶绿素a/c的荧光谱和反映其生长过程的时间分辨的差分谱 ,为研究藻类的浓度及其群落类别 ,进而实现海洋污染状况的监测提供了有效的方法     

高灵敏度小型化红外光声气体传感系统

研制了一种高灵敏度小型化红外光声气体传感系统.该系统检测灵敏度高,对乙烯气体体积分数的检测限达到20×10-9以下.对光声信号和检测相位之间的关系进行了详细的研究,分析了光声信号中峰值相位变化的因素.结果表明:在固定相位延迟下利用锁相放大器检测光声信号可以获得比较高的灵敏度.同时根据对光声信号和相位延迟关系的研究,提出...     

基于ARM的红外气体浓度检测系统的设计

介绍了一种自行设计的以ARM处理器S3C44B0为核心、利用红外激光光谱检测原理实时测量高温气体浓度的便携式系统;该系统利用特定的激光光谱与相应的气体浓度之间的函数关系,设计出一种耐高温、响应快的传感器,将光信号转化为电流信号;μA级微弱电流经过I/V转换、放大滤波后转化为可用的电压信号通过A/D转换器送入S3C44B0进行采集和处理,通过数据处理程序计算得出实时浓度,输出到液晶屏显示;系统实时性能好,携带方便,除了检测燃油发动机的尾气,还可推广到化工、电力、矿山等行业的气体检测。     

基于光声光谱技术的SF_6气体检测系统方案研究

为了实现对SF6气体的检测,该文研究了一种基于光声光谱的SF6气体检测系统方案。首先,从理论上分析了该系统的基本检测原理。接着,对系统的组成进行描述。分析了SF6、CO2、H2O的红外吸收特性,并确定滤光片参数。在此基础上,选择宽带红外热辐射光源作为系统光源。设计了圆柱形共振光声池,并利用STM32嵌入式处理器实现对光声信号采集,以及SF6气体浓度计算。     

射频法糖液浓度在线检测传感器的设计

针对国内制糖业煮糖过程中尚无在线浓度自动测量及控制设备这一问题,在分析了蔗糖结晶与糖液浓度关系的基础上,基于射频法测量糖液浓度原理,设计了一种在线检测糖液浓度的传感器.分别给出了传感器系统的硬件电路以及传感器探头的具体设计.实测结果表明,该传感器具有测量精度高、重复性好、体积小、响应快等特点,能够满足糖液浓度在线测量的要求.     

碱性品红薄膜光波导传感元件检测二氧化硫气体的研究

该文利用碱性品红薄膜作为光波导传感元件的敏感层,研制出了一种玻璃光波导酸性气体传感元件,将该元件固定在光波导气体检测系统,检测了SO2气体.该气体传感元件能够检测浓度为5×10-7(体积分数)的SO2气体,其响应和恢复时间分别为3s和8s,相同浓度的其它酸性气体对检测SO2气体干扰较小.该传感元件具有响应快、可逆性好、容易制备等特点.     

光声和气体滤波技术相结合的CO探测方法

对火灾中痕量一氧化碳检测不仅可用于燃烧过程分析,产物毒性分析,并且能实现灵敏可靠的火灾探测.但常用的光声仪器的现场性、实时性较差,一般红外吸收法又不如前者灵敏.我们提出一种综合利用光声和CO气体滤波技术进行现场CO检测的方法,保持了吸收光谱法的现场性,又可达到光声方法的灵敏度.     

基于TDLAS技术气体浓度测量的快速拟合方法

基于可调谐二极管激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术的气体浓度测量系统通常以吸收光谱的归一化二次谐波信号反演气体浓度。然而以常用的数字锁相技术提取归一化二次谐波信号的方法消耗资源多、计算量大。为简化计算量,一种基于广义级数展开快速拟合的方法被提出,首先测量激光器的入射平均光强,结合光强调制系数计算线型函数及其平方项的傅里叶展开系数,即可拟合出归一化二次谐波信号。构建了CO2气体吸收光谱检测实验,实验测试及仿真计算结果表明采用本文方法拟合的结果与通过数字锁相技术实测的信号之间最大相对误差仅为2‰,计算消耗的时间却远小于后者,简化了系统资源,有利于TDLAS技术气体浓度测量系统的小型化、数字化。     

基于光谱吸收原理的光纤甲烷传感器检测方法研究

提出了一种基于光谱吸收原理的光纤甲烷传感器的检测方法,建立了差分检测技术的数学模型,利用差分吸收法消除了光源不稳定及光电器件的热零点漂移、零点漂移对测量准确度的影响。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。     

基于红外光谱的煤矿新型瓦斯传感器的设计

利用E2V公司的IR22GJ红外瓦斯检测模块及CC2430芯片设计了煤矿新型红外瓦斯传感器电路。结合井下气体测量环境和红外光的瓦斯传感器测量原理,利用单片机的外围电路和硬件架构、C语言及汇编语言编写系统程序,研究设计了红外瓦斯传感器系统。最后搭建了气体测量环境,完成了红外吸收型瓦斯浓度检测系统的实验及测试。     

新型光纤乙炔气体传感器的研究

基于乙炔的近红外吸收机理,针对采用宽带光源直接进行吸收检测灵敏度不高的缺点,应用宽带光源和梳状滤波器(Fabry-Perot腔)来获得与乙炔气体梳状吸收峰相适应的出射光,来实现乙炔气体浓度的谐波检测,使由于气体吸收而引起的相对输出光功率变化大大提高,检测效率得到改善.建立了谐波检测的数学模型,利用光纤作为传输媒质,实现了在线遥测,提高了测量灵敏度.     

吸收式环境气体光纤传感器

介绍了用差动吸收法测量气体浓度的光纤遥测系统，并用可见光吸收实现对ＮＯ２浓度测量和用近红外光吸收实现ＣＨ４浓度测量。大气和工业污染环境中的其它气体分子浓度也可用类似方法测量。     

用于火灾探测的非色散红外吸收气体传感器

基于朗伯—比尔吸收定律建立了便携式非色散红外气体传感体系，并成功的应用于火灾现场生成气体的实时检测。该体系利用直接电调制的红外辐射源、窄带薄膜干涉滤光片和高灵敏度的TGS热释电红外探测器，很大程度地降低了系统的成本和体积，提高了探测灵敏度。通过对CO、CO2、NH3和SO2四种火灾现场燃烧生成气体在不同浓度状态下的测量，证明系统对所测气体可以达到了几十个微量级的探测极限，响应时间均小于20s，具有较好的稳定性，能够满足一定的测量要求。     

基于TDLAS测量二氧化碳动态浓度与温度

可调谐激光二极管吸收光谱学（TDLAS）技术测量燃烧过程相关分子（CO2、NOx等）参数的原理是基于比尔-朗伯（Beer，Lambert）定律，即通过被测气体的入射光强与经被测气体吸收后的出射光强的比值与气体浓度、温度等存在特定的数学关系。文章描述仅用一个TDL同时测量CO2分子浓度和温度的原理与系统实现方案。     

基于差分吸收检测技术的非色散红外SF6传感器

基于非色散红外吸收原理,以电调制红外光源、采样气室和双元红外探测器组成的红外传感模块为核心,利用差分吸收检测技术设计了一种小型化高性能的SF6气体传感器.利用标准气体进行浓度标定,拟合了SF6气体浓度与电压关系曲线,实现了对SF6气体浓度的准确检测.根据传感器检测误差随环境温度变化的规律,系统研究了温度补偿方法,有效提高了传感器在不同温度下的检测精度.实验结果表明,该传感器系统在环境温度10℃~40℃、气体浓度0~2500×10-6范围内的检测精度小于±50×10-6,分辨率为1×10-6,系统响应时间小于5 s,具有良好的重复性和稳定性.     

基于有限元的衰荡光腔内温度分布仿真

衰荡光腔受温度影响长度变化使腔内光斑模式改变,影响测量精度,为达到衰荡光腔内温度均匀分布,利用仿真平台,对控温箱体内加热片发热功率进行仿真计算.首先设计控温箱体几何模型,确定热传导模型和边界条件,通过有限元分析初步确定控温箱体内温度分布;然后通过参数化扫描和迭代运算,优化控温箱体温度场分布,得到均匀化温度分布所需的各加...