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光谱吸收型光纤甲烷气体传感器检测方案研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 21:12:19
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光谱吸收型光纤甲烷气体传感器检测方案研究【摘要】:甲烷是矿井中主要的有害气体,也是产生温室效应的最主要气体之一研究实时、快速检测甲烷气体浓度的传感器具有重要的理论和现实意义。光谱吸

【摘要】: 甲烷是矿井中主要的有害气体,也是产生温室效应的最主要气体之一研究实时、快速检测甲烷气体浓度的传感器具有重要的理论和现实意义。光谱吸收型光纤气体传感器与其他气体传感器相比具有灵敏度高,气体鉴别能力强,响应速度快,简单可靠等优点,在工业生产、环境监测等领域具有广阔的应用前景。 本文以甲烷为目标气体,对光谱吸收型光纤气体传感器的检测方案进行研究。论文首先阐述了光谱吸收型光纤气体传感器的基本原理,并对甲烷特征谱线进行分析,选定了位于1653.72m的吸收谱线作为检测吸收线,并确定其线参数。其次,较完整的介绍了光谱吸收型光纤气体传感器主要检测技术的基本原理,分析了它们的优缺点、应用场合及技术难点等,并对它们的主要性能进行了总结和比较。 论文重点研究了波长调制技术,介绍了其原理和技术难点;采用基于傅立叶变换的模型对波长调制信号进行了分析,在给出频率调制信号模型的基础上,对强度—频率调制信号进行了理论描述,分析了强度调制对信号特性的影响;在理论分析的基础上,给出了基于波长调制技术的检测方案的总体结构,并针对方案实现的关键问题进行了具体探讨和研究,确定了归一化频率调制振幅和三角波扫描范围,提出去除三角波影响的方法和获取一次谐波中心值的方法;并利用MATLAB软件进行仿真,验证理论分析的正确性和方案的可行性。 【关键词】:甲烷 光谱吸收 光纤气体传感器 检测方案 波长调制
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP212
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-11
  • 第1章 绪论11-18
  • 1.1 光纤气体传感器概述11-13
  • 1.1.1 光纤气体传感器的特点11
  • 1.1.2 光纤气体传感器的分类11-13
  • 1.2 课题研究背景及国内外研究动态13-17
  • 1.2.1 课题研究背景13-14
  • 1.2.2 光谱吸收型光纤气体传感器的国外研究动态14-16
  • 1.2.3 光谱吸收型光纤气体传感器的国内研究动态16-17
  • 1.3 课题的研究意义及主要研究内容17-18
  • 第2章 光谱吸收型光纤气体传感器的理论基础18-28
  • 2.1 引言18
  • 2.2 光谱学基本理论18-24
  • 2.2.1 分子的内部运动及能级18-19
  • 2.2.2 分子红外光谱的形成19-20
  • 2.2.3 气体分子选择吸收理论20
  • 2.2.4 气体分子吸收谱线线型20-22
  • 2.2.5 比尔—朗伯定律22-24
  • 2.3 光谱吸收型光纤气体传感器的工作原理24-25
  • 2.4 甲烷气体特征吸收谱线分析25-27
  • 2.4.1 谱线的选择25-26
  • 2.4.2 谱线参数的确定26-27
  • 2.5 本章小结27-28
  • 第3章 光谱吸收型光纤气体传感器的检测方法28-40
  • 3.1 差分吸收检测技术28-30
  • 3.1.1 单波长差分吸收技术28-29
  • 3.1.2 双波长差分吸收技术29-30
  • 3.2 调制技术30-38
  • 3.2.1 光强调制31
  • 3.2.2 浓度调制31-32
  • 3.2.3 波长调制32-38
  • 3.3 各种检测方法的比较38-39
  • 3.4 本章小结39-40
  • 第4章 波长调制(WM)理论分析40-54
  • 4.1 引言40
  • 4.2 基于傅立叶变换的理论模型40-51
  • 4.2.1 频率调制(FM)信号模型40-42
  • 4.2.2 强度—频率调制(IM-FM)信号模型42-45
  • 4.2.3 仿真分析45-51
  • 4.3 基于泰勒级数展开的分析模型51-53
  • 4.4 本章小结53-54
  • 第5章 波长调制浓度检测方案研究54-67
  • 5.1 检测方案总体结构54-55
  • 5.2 方案实现关键问题分析与仿真55-64
  • 5.2.1 归一化频率调制振幅m的选择55-57
  • 5.2.2 三角波扫描范围的确定57-61
  • 5.2.3 三角波影响的去除61-63
  • 5.2.4 一次谐波中心值的获取63-64
  • 5.3 浓度检测结果分析64-66
  • 5.4 本章小结66-67
  • 结论67-69
  • 参考文献69-74
  • 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果74-75
  • 致谢75


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