光谱吸收型光纤甲烷气体传感器检测方案研究

作     者：芦婧 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹家年

授予年度：2009年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：甲烷 光谱吸收 光纤气体传感器 检测方案 波长调制 

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。