光谱吸收式光纤甲烷气体传感器的研究

【摘要】： 电力系统中大型变压器的安全运行具有十分重要的现实意义。本文的任务 是对变压器油中出现的故障气体甲烷实现高灵敏度的在线遥测，从而达到监视 变压器运行状况的目的。 光纤气体传感器由于它的一系列独特的技术优越性而受到广泛应用。本文 在综述光纤气体传感器的发展过程和现状的基础上，分析了现有的光纤气体传 感技术和方法所存在的一些弊端，指出它们的应用局限性。本文采用光谱吸收 方法通过光纤传输光信号进行气体浓度的在线遥测。提出基于气体红外吸收的 谐波检测技术，尝试了一种新的光纤气体浓度传感方法。这种方法具有选择性 高，寿命长，不受环境气体影响，防电磁干扰等优点，适于在恶劣和危险的环 境中应用。 在分析了甲烷气体的近红外吸收谱线的基础上，利用LD光源和光纤构造 了低浓度气体谐波检测系统。文中进行了光路、气室的设计、并详细的分析和 讨论了光源的驱动及其稳定性、光源的调制、谐波信号的拾取和处理等问题， 其重点是优化系统光路和电路的设计、最大限度地抑制噪声，提高检测系统的 信噪比。 论文最后用实验验证了上述理论及设计的正确性，给出了实验结果。 【关键词】：光纤气体传感器 气体近红外吸收 谐波检测 光源驱动 调制 技术
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2001
【分类号】：TP212.2
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1．1 课题的目的与意义8-9
• 1．2 光纤气体传感器的发展与现状9-16
• 1．2．1 气体传感的研究过程与现状9-10
• 1．2．2 光纤气体传感技术和研究方法分类10-13
• 1．2．3 光纤气体传感器的特性13-16
• 第2章 光谱吸收式气体检测原理及方法16-25
• 2．1 气体分子近红外选择吸收16
• 2．2 吸收式光纤传感器的工作原理16-18
• 2．3 差分吸收技术18-21
• 2．3．1 单波长双光路法18-19
• 2．3．2 双波长单光路法19-21
• 2．4 调制技术21-24
• 2．4．1 光源调制22
• 2．4．2 气体浓度调制22-23
• 2．4．3 吸收系数调制23-24
• 2．5 本章小结24-25
• 第3章 甲烷气体浓度谐波检测25-37
• 3．1 引言25
• 3．2 谐波检测的基本思想25-28
• 3．3 调制点的选取与谐波检测的稳定性28-29
• 3．4 谐波检测方案29-31
• 3．5 线型估计31-34
• 3．6 激光器的频率调制34-35
• 3．7 关于谐波检测的讨论35-36
• 3．8 本章小结36-37
• 第4章 甲烷气体吸收谱线的选择37-43
• 4．1 气体分子的运动形式及其光谱37-38
• 4．2 甲烷气体的近红外吸收光谱38-41
• 4．2．1 基频、泛频及组合频率光谱38-39
• 4．2．2 甲烷气体的吸收谱线39-41
• 4．3 气体分子的典型吸收线41-42
• 4．4 本章小结42-43
• 第5章 甲烷气体检测实验系统设计43-66
• 5．1 系统光路43-49
• 5．1．1 光源的选择及性能44-45
• 5．1．2 气室设计及其光路耦合45-46
• 5．1．3 光探测器46-47
• 5．1．4 光导纤维47-49
• 5．2 光源驱动电路49-53
• 5．2．1 LD的驱动电路50-51
• 5．2．2 调制电路51-53
• 5．3 信号处理53-65
• 5．3．1 光电转换与前置放大电路的设计53-61
• 5．3．2 带通滤波电路的设计61-62
• 5．3．3 锁相放大电路的设计62-65
• 5．4 本章小结65-66
• 第6章 检测系统的特性及CH_4吸收特性实验66-71
• 6．1 传感器性能参数66-67
• 6．2 光源的性能测试67-69
• 6．3 光纤链路损耗实验69-70
• 6．4 CH_4吸收实验70
• 6．5 本章小结70-71
• 结论71-73
• 参考文献73-80
• 攻读硕士学位期间所发表的论文80-81
• 致谢81

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