基于一次谐波的光谱吸收式甲烷气体传感器设计

甲烷气体检测是工业生产、环境监测和科学研究领域中的一个重要研究课题.该文在基于波长调制技术的光谱吸收式光纤气体检测方法的基础上,分析了一次谐波信号的数学模型,提出了一种基于一次谐波设计的光纤甲烷气体传感器的实施方案,设计精确的电流和温度电路控制垂直腔面发射激光器,利用锁相放大器AD630提取一次谐波信号幅度,实现对不同浓度的甲烷气体进行测量.实验结果表明,一次谐波信号幅度与浓度存在着很好的线性关系,分辨率达到20ppm.该系统消除了光源波动的影响,工作稳定,简化了结构,调试简便.     

高灵敏度光纤气体传感器的研究

研究了差分吸收式光谱吸收型光纤气体传感器．基于NO2的光谱吸收特性,设计了一种检测NO2浓度的光纤传感系统,以LED作为光源,采用双波长差分检测技术,有效消除了由光源、光纤和传感头的不稳定所引起的检测误差,提高了检测灵敏度,大大增加了该传感器的适用性．     

基于光纤环衰荡腔的甲烷传感系统

为测量甲烷气体浓度,设计基于光谱吸收原理测量气体浓度的传感系统。该系统利用光纤环衰荡腔代替传统的光学腔,使光源产生的光脉冲信号在光纤环中多次循环吸收,延长了吸收路径,从而大大缩短了气室长度。利用该系统对甲烷气体浓度进行测量,对测量结果的参数进行分析,并通过实验仿真得到甲烷气体浓度与光脉冲信号衰荡时间的关系。结果表明:实验结果与理论相符,证明所设计系统正确可靠。     

光谱吸收式瓦斯气体传感器及其信号处理方法

基于气体在其特征吸收波长下光的吸收随浓度变化的机理,通过对甲烷气体吸收光谱的分析,建立了谐波检测的数学模型,提出了一种光谱吸收式甲烷气体检测系统。该系统以1 654nm为中心波长的半导体激光二极管(LD)作为光源,并采用波长响应范围为1.0~2.9μm的高灵敏度、低噪声的PbS前置放大光电探测器。通过光源调制实现气体浓度的谐波检测,利用选频放大器对传输信号进行二次谐波检测及噪声滤除,利用一次谐波与二次谐波的比值来消除由光源的不稳定等因素所引起的检测误差。研究表明,灵敏度、精确度和稳定性等性能指标均可满足甲烷气体检测的要求。     

光纤气体传感器光源温控问题的研究

光谱吸收型光纤气体传感器中,利用气体分子的吸收光谱,采用分布反馈式半导体激光器(DFB LD)作为光源,使光源输出中心波长精确对准气体的吸收峰,从而来检测出气体的浓度.而要使测量准确,光源的温控非常重要.提出了一种光源两级温控的思想:外壳温控和结温控制,并设计了温控电路,温控实验证明了两级温控的有效性.     

光纤气体传感器的研究

基于气体在吸收峰波长下对光的吸收随浓度变化的机理,研制一种光纤式气全监测仪。根据被测气体的吸收峰对应的波长选择ＬＥＤ作为光源。采用不同频率的光源驱劝电路实现多种气体浓度的产时检测。为保证测量精度,信号处理采用相敏以及测量信号与参考信号比值技术。对甲烷和乙炔气体浓度的检测实验表明,系统具有一定的检测灵敏度和精度。仪器和系统不驻适于甲烷和乙炔气体浓度的检测,稍加改变结构参数,也可测量其它气体的浓度。     

用于TDLAS甲烷检测的激光器电流驱动与温控系统

为了满足激光器在甲烷气体检测中对输出波长稳定的需求,自主设计以STM32F103RCT6为微处理器核心的电流驱动系统和温控系统,包括信号发生电路、滤波电路、温度采集与控制电路等,运用信号发生芯片生成锯齿扫频信号、正弦调制信号、直流偏置信号,把他们叠加作为激光器注入电流,同时对激光器整体构建二级制冷系统,通过温度和电流的调谐使激光器发出的波长在甲烷气体吸收峰1 653.72nm附近扫描,以使气体充分吸收。经验证,整个系统工作稳定,可持续工作时间超过36h,温度误差为±0.008℃,电流驱动误差≤0.09mA,波长误差在千分位,满足设计需求。     

基于TDLAS一次谐波的甲烷浓度检测系统及其温度补偿研究

本文结合甲烷1 653.72 nm波长2v3带R3支气体吸收线,分析温度变化对甲烷吸收线的谱线特性及甲烷气体浓度测量产生的影响。基于可调谐二极管激光吸收光谱与波长调制光谱技术,应用一次谐波信号检测甲烷气体的浓度,通过温度补偿抑制环境温度变化给检测带来的干扰。实验结果表明,研制的甲烷浓度检测系统的性能稳定,利用温度补偿系数校准后系统测量偏差在1%以内,可以有效地提高系统的检测精度。     

光谱吸收光纤甲烷气体传感系统的研究

针对光纤传感系统中的光路干扰问题以及近红外光谱的特点,设计了包含透射式一体化微光学传感单元和适合甲烷气体检测的锁相放大模块的光谱吸收甲烷传感系统。国内外对光谱吸收式光纤气体传感技术进行了大量研究,发现存在很多问题,本文针对其光路干扰和弱信号检测难的问题进行了改进。     

光纤瓦斯转换装置及其在瓦斯抽采发电中的应用

设计了一种甲烷测量装置。该装置采用锯齿波调制的DFB激光器作为检测光源，利用光谱吸收的原理，实现对甲烷浓度的实时检测等功能。具有测量精度高，抗干扰能力强，使用寿命长等特点。本文首次报告了光纤瓦斯检测装置在煤矿瓦斯抽采监测方面的现场监测结果。