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光纤瓦斯传感的调制技术及虚拟化研究

吴宏伟  
【摘要】:目前,我国煤矿瓦斯爆炸问题严峻,为了实时准确监控井下瓦斯浓度,安全可靠、高灵敏度、高精度的瓦斯传感器就显得至关重要。光纤气体传感检测具有传统传感器无可比拟的优势,但现有检测装置由于种种原因造成离实用化还有很大距离,本文希望旨在这方面有所贡献。 本文首先分析了光纤调制技术,重点分析了外调制的电光调制原理及其技术,然后对目前广泛使用的基于波长调制的光谱吸收式瓦斯浓度检测进行了重点分析;在此基础上,分析了结构简单的差分检测技术和灵敏度高的谐波检测技术,提出了一种基于波长调制技术的谐波检测装置,对装置的各种硬件设计要求及相关参数都作了说明;为了使装置的激光波长精确锁定在气体吸收线中心,本文设计了数字PID控制器实现稳频:同时,装置使用软件替代硬件,基于计算机平台使用虚拟仪器软件Labview调用数据采集卡驱动,使用ActiveX技术调用稳频PID控制MATLAB程序、编程设计一次谐波提取、IIR数字信号滤波、数据保存等各子程序,最后完成监控界面设计,实现了瓦斯气体浓度数据采集、保存、处理和显示报警等,最后通过实验对比得出本文设计的瓦斯检测装置稳频效果良好、灵敏度高、可信度高、精度高。 本文设计的光纤瓦斯传感检测装置在各种性能指标上都能满足实际要求,今后若将Labview虚拟仪器应用到嵌入式等微处理器上,使得装置体积结构进一步缩小,迈出本装置走向实用化的关键一步。 [注:本课题来源于国家自然科学基金资助(50574005);安徽省自然科学基金项目(11040606M103);安徽高校省级自然科学研究重点资助项目(KJ2011A0973)] 图[46]表[2]参[79]


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