基于空芯光子带隙光纤的全光纤甲烷检测系统研究

【摘要】：环境保护一直是全球所关注的热点,而甲烷是主要污染气体之一,不仅带来生产生活上安全与健康的问题,还是造成温室效应的主要气体。对甲烷浓度的实时在线检测,关系安全生产与健康生活。本文采用空芯光子带隙光纤制作气体传感探头,将光纤检测技术与谐波检测技术等弱信号检测技术相结合,设计甲烷光纤检测系统并实验验证。论文主要研究工作如下:(1)建立甲烷气体吸收谱数据库,分析并建立气体浓度计算模型。通过分析甲烷的分子谱理论,根据Hitran 2012数据库绘制甲烷分子吸收光谱图,建立甲烷气体浓度检测的数学模型,。(2)提出采用空芯光子带隙光纤作为气体传感探头的设计方案,设计甲烷气体检测系统的光路系统。研究空芯光子带隙光纤的传输特性,带隙效应与扩散速度,为构建光纤气室奠定理论基础。选择合适的带隙宽度等参数的空芯光子带隙光纤,比较两种扩散端面下的扩散时间,构建不同结构气室。(3)构建基于Labview的虚拟仪器的数据采集系统,实现对甲烷气体浓度的检测。进行甲烷气体光谱实验,吸收实验和评定实验等实验,实验结果验证了系统设计方案的可行性。(4)气体检测弱信号检测技术的相关研究。研究经验模态分解(EMD)及其改进的总体经验模态分解(EEMD)在光学信号检测上的应用,相对于小波降噪,从光谱图上主观评价以及通过参数标定,验证了数据处理的有效性。 【关键词】：甲烷 空芯光子带隙光纤 EMD EEMD 微弱信号检测
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X84;TP274
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的目的及意义10-11
• 1.2 甲烷检测方法概述11-14
• 1.3 光谱吸收式光纤检测技术的国内外研究概况14-17
• 1.4 课题来源及本文的主要研究内容17-18
• 第2章 基于空芯光子带隙光纤的全光纤甲烷检测机理18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 气体分子谱理论18-21
• 2.3 光谱吸收基本原理21-24
• 2.3.1 差分式吸收检测法21-23
• 2.3.2 谐波检测23-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第3章 基于空芯光子带隙光纤的全光纤甲烷检测系统的研究26-45
• 3.1 引言26
• 3.2 空芯光子带隙光纤研究分析26-30
• 3.3 基于空芯光子带隙光纤的全光纤甲烷检测系统的总体结构30
• 3.4 基于空芯光子带隙光纤的全光纤甲烷检测系统的各部分分析30-42
• 3.4.1 光源30-32
• 3.4.2 基于空芯光子带隙光纤的传感气室32-35
• 3.4.3 光电检测模块35-41
• 3.4.4 检测系统的配气41-42
• 3.5 数据采集系统42-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第4章 实验研究及数据处理45-61
• 4.1 引言45
• 4.2 基于空芯光子带隙光纤的全光纤甲烷检测系统实验研究45-48
• 4.2.1 甲烷气体在2v_3的直接吸收光谱实验45-46
• 4.2.2 全光纤甲烷气体检测系统吸收实验46-48
• 4.3 性能参数实验48-50
• 4.3.1 光路损耗实验48
• 4.3.2 重复性实验48-49
• 4.3.3 稳定性实验49-50
• 4.4 算法去噪研究与应用50-60
• 4.4.1 经验模态分解（EMD）50-52
• 4.4.2 总体平均经验模态分解（EEMD）52-54
• 4.4.3 基于算法去噪的甲烷吸收谱处理54-59
• 4.4.4 去噪效果评价59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果66-67
• 致谢67-68
• 作者简介68

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

基于希尔伯特-黄变换的近红外脑功能成像信号分析    周振宇;杨宏宇;龚辉;骆清铭;陆祖宏;

GeO_2介质膜空芯传能光纤的传输特性分析    杨义,周桂耀,侯峙云,堵久辉,侯蓝田

微结构光纤正常色散区飞秒激光脉冲传输光谱展宽的功率饱和效应    李曙光;程同蕾;张焕平;侯蓝田;

大气二氧化硫与居民每日呼吸系统疾病死亡相关性的时间序列分析    刘楠媚;莫运政;刘利群;潘小川;

用LED作光源的光纤甲烷气体传感器及其检测系统的研究    张洁

红外空心传能光纤聚焦系统的设计与优化    侯峙云;洪文学;赵兵;韩华;

内窥镜的红外激光传输用柔性空芯光纤的研制    朱晓松;周志云;石艺尉;

室内人体表面红外辐射探测模型    熊宗龙;杨坤涛;张南洋生;

基于经验模态分解的近红外光谱预处理方法    蔡剑华;王先春;

基于经验模态分解的SO_2浓度检测信号处理方法    王书涛;李梅梅;李盼;刘铭华;王丽媛;曾秋菊;

利用功能性近红外光谱成像方法评估脑力负荷    潘津津;焦学军;姜劲;徐凤刚;杨涵钧;

利用功能性近红外光谱法研究大脑皮层血氧情况随任务特征变化规律    潘津津;焦学军;焦典;王春慧;徐凤刚;姜劲;张朕;曹勇;

从功能性近红外光谱法的光学信号中提取心动和呼吸特征    潘津津;焦学军;姜国华;焦典;姜劲;张朕;曹勇;徐凤刚;

EEMD-ICA在功能性近红外光谱特征信号提取中的应用    查雨彤;刘光达;周润东;张晓枫;牛俊奇;于永;王伟;

空芯传能光纤的特性研究    侯峙云;洪文学;侯蓝田;韩颖;李东源;

基于近红外光谱技术的脑功能活动信号提取方法研究    张岩

人体热痕迹探测的理论与实验研究    熊宗龙

近红外无创生化检测中不同光程的光谱等效性及校正模型研究    高洪智

CO_2激光膀胱粘膜剥脱术实验研究    孙东翀

新型中红外空芯光纤的制备及其性能和应用研究    侯峙云

太赫兹相干层析成像及相关功能器件研究    左志高

数字化光纤气体检测系统方案研究    杨蕊

希尔伯特——黄变换算法与应用研究    沈志远

基于红外传感与无线网络的大气环境监测系统研究    刘玉宾

光纤甲烷气体浓度检测系统的设计与实现    柴航

基于积分球算法的有害气体检测技术研究    符江

基于红外传感的二氧化碳测量装置    王莉

甲烷中红外检测系统结构设计及实验研究    张宇

红外光谱吸收型光纤一氧化碳传感器的研究    田卡丽

咬合板治疗磨牙症对脑血流及脑血氧饱和度的影响    曹云娟

近红外脑功能成像算法研究    尚蕾

CH_4气体光纤传感器的研究    叶险峰,汤伟中

光纤乙炔气体检测系统的研究    刘泉,林海燕

检测微弱光信号的PIN光电检测电路的设计    刘卫东,刘延冰,刘建国

旋转电容滤波器特性分析    张利华;

国外矿用光纤沼气传感器及其传输系统    徐建春

新型红外二氧化碳传感器    张广军,吕俊芳,周秀银,周浩敏

差分吸收式光纤甲烷气体传感器的研究    王玉田,郭增军,王莉田

生物组织的可见光与近红外光散射模型    李晖,谢树森,陆祖康,林磊

具有紧支撑正交非张量积小波的图像融合    刘斌,彭嘉雄

二氧化硫(SO_2)治理方法探讨    赵彩婷;任一艳;

基于光谱吸收光纤甲烷气体传感系统的研究    郭增军

晶体光子带隙已接近现实    从征

二维正方复式晶格的完全光子带隙    方云团,沈廷根,谭锡林

二维椭圆柱长方晶格可控光子带隙研究    叶军;庄飞;

二氧化硅胶体晶体的制备及其光子带隙特性    快素兰,章俞之,胡行方

胶体晶体光子带隙液体折射率传感实验    张智;闫海涛;李立本;郝辉;王鸣;

可调谐光子带隙晶体的研究进展    任坤;冯志芳;任晓斌;

光子带隙调制下发光体间的能量传递过程    刘震东;杨正文;李勃;周济;

群论在光子带隙计算中的应用    张海涛,巩马理,王东生,李伟,赵达尊

结晶化胶体阵列的制备及其可调光子带隙性质    黄学光;杨正文;孙丽;李勃;谢芹;周济;李龙土;

二维棋盘格子复式晶格的完全光子带隙研究    汪静丽;陈鹤鸣;

光子带隙材料及其应用    陈鸿;

准周期结构的分层介质的光子带隙特性    张援农;赵正予;黄天锡;

具有分形结构的分层介质的光子带隙特性    张援农;赵正予;李晓蓉;

一维冷原子晶格中基于平衡四波混频的双色光子带隙    杨红;吴伟;邹旭;吴金辉;

可调谐液晶三角格子光子晶体结构参数的变化对光子带隙的影响    黄爱琴;郑继红;徐邦联;蒋妍梦;唐平玉;庄松林;

ZrO_2/SiO_2光子带隙材料的透射特性研究    何晓东;刘星元;刘大力;于荣金;

基于光子带隙光纤长周期光栅的模式干涉仪    王志;

并行FDTD方法分析光子带隙微带结构    雷继兆;梁昌洪;丁伟;张玉;

低损耗光子带隙光纤的数值研究    杨国锋;陈鹤鸣;

不均匀展宽晶体中由驻波产生光子带隙的动态控制    何琼毅;吴金辉;王铁军;高锦岳;

光子带隙光纤(下)    上海交通大学 姜淳

光子带隙光纤(上)    上海交通大学 姜淳

光子带隙调制光物理过程的研究    刘震东

光子带隙热库中原子相干性质的理论研究    张涵

光子带隙热库中原子的发光特性研究    张珂

光子带隙结构调制下发光体中的能量传递研究    杨正文

电磁诱导的单光子和多光子带隙结构及相位光栅    高金伟

自组织亚微米有序结构及其光子带隙性质研究    李勃

电磁诱导双光子和三光子带隙的产生和控制    于淼

准三维光子带隙波导的理论与实验研究    王盼晓

一维原子晶格中基于平衡四波混频的双色光子带隙    王晓畅

基于空芯光子带隙光纤的全光纤甲烷检测系统研究    刘铭华

二能级系统电磁感应光子带隙理论与实验研究    张靓

铯原子中驻波场作用下可控光子带隙的研究    李大为

全固光子带隙光纤的色散设计及光纤光栅研究    房强

全固光子带隙光纤及其长周期光栅的理论和实验研究    邰伯寅

双负材料和单负材料中电磁波的传播    唐超军