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光谱吸收型光纤气体传感器的研究

张爱军  
【摘要】:光纤气体传感技术是一门新兴的前沿学科,在工业生产、环境监测和医学等领域有广阔的应用前景。近年来,随着光纤传感技术的发展,光纤气体传感器的研究在国内外均受到广泛重视。光纤气体传感器测量信号的载体是光波,对被测环境干扰小,特别是其传感头不带电、本质防爆的特点,可适用于易燃易爆气体的工业在线检测。 本文研究的对象是光谱吸收型光纤气体传感器。每一种气体都有固有的吸收谱,当光源的发射光波长与气体的吸收光波长相吻合时,就会发生共振吸收,其吸收强度与该气体的浓度有关,通过测量光的吸收强度就可测量气体的浓度。本文设计了两套实验方案,并对乙炔气体的检测进行了实验研究。主要内容包括以下几个方面: 1、对光谱吸收型光纤气体传感器在国内外的研究现状进行了较为全面的分析,比较了各种方法的优点、应用范围及局限性,并致力于在此基础上设计新的实验方案以提高现有气体传感器的测量精度和适用性。 2、分析了气体的吸收光谱,结合当前市场上已有的发光光源,设计出两套实验方案:基于LD光源的光纤气体传感器、基于可调法布里—珀罗腔的光纤气体传感器。第一种方案的关键在于谐波检测,第二种方案的创新点在于应用可调法布里—珀罗腔进行检波,可以检测多种气体。 3、分别对两种方案进行光路和电路的设计,并制作实验电路板,调试硬件电路,对传感器信号进行处理,检测出气体的浓度。 4、依据两种方案进行实验研究,以检测乙炔气体为例,完整描绘出乙炔气体的浓度检测曲线,其它气体的测量按类似方法进行。 5、对两种方案进行比较:基于LD光源的光纤气体传感器测量精度高,响应速度快,稳定性好,但一种光源只能检测一种气体;基于可调法布里—珀罗腔的光纤气体传感器可对多种气体同时检测,但目前成本较高。


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