光谱吸收式煤矿瓦斯激光检测系统的研究

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1、论文题目：专业：硕士生：指导教师：光谱吸收式煤矿瓦斯激光检测系统的研究通信与信息系统尹慧敏韩晓冰摘要随着工农业的迅速发展，矿井、油田、电力系统安全保护以及环境保护成为越来越值得重视的问题。数以千万计的大型动力工厂和矿业部门排放出大量的易燃、易爆、有毒、有害气体，使人类的生存环境和人身安全受到严重威胁，因此对这些气体进行快速、实时检测对于工矿安全生产及环境保护有特别重要的意义。光谱吸收法气体传感技术是当今气体检测领域研究的一个重要前沿课题。以半导体激光器或发光二极管作为光源的气体传感技术在灵敏度、选择性、动态范围、信噪比和响应时间等方面比传统方法有更多优点。在被测

2、气体的光吸收过程中，不同的气体物质有不同的吸收峰带，即由于分子结构的能量分布的差异各自显示出不同的吸收谱，它决定了气体光吸收测量法的选择性和鉴别性，满足气体强度即含量的唯一确定性。光探测器的输出表征了被测气体的特性状态。本文以矿井瓦斯的主要成分甲烷为目标气体，研究基于光谱吸收方法的气体检测系统。通过对气体近红外选择性吸收的理论分析，给出了气体吸收测量的理论依据，确定了甲烷气体的吸收谱线，建立了两种光谱吸收式甲烷气体检测方法——差分吸收法和光源调制法的数学模型，设计了相应的系统结构并搭建了实验平台。通过实验论证，得出结论：两种方法均可以满足瓦斯浓度检测的要求，但光

3、强调制法的性能优于差分吸收法。文中论述了近红外波段激发光源的光强稳定技术；LD和气体吸收峰精确对准技术；测量信号和参考信号的获取与比值处理技术。本文对测量系统的光路j气室以及电路进行了设计，验证了系统的可行性，给出了以选频放大器为核心的微弱信号检测方法和微型计算机处理数据的结果，并进行了详细的分析。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。关键词：实时；甲烷；光谱吸收；差分吸收；LD：光源调制；谐波检测研究类型：应用研究Subject：ResearchonMethaneMeasurementSystemBasedonLaserTech

4、nologyandSpectrumAbsorptionSpecialty：CommunicationandInformationSystemName：YINHui—minInstructor：HANXiao-bingABSTRACT(signature)(signa×)卿易．Withtherapiddevelopmentofindustryandagriculture，safetyandenvironmentprotectionofmine，oilfieldandelectricpowersystemismoreandmoreimportant．Thousand

5、suponthousandsoflarge．scalepowerfactoriesandmineexhaustagreatdealofflammable，explosiveandpoisonousgasinmeair．andthelivingspaceandsafetyofhuman’Sareseriouslymenaced，SOrapidandreal-timemeasurementofthegasisveryimportantforsafetyproductionofmineandenvironmentprotection．Gas．sensingtechno

6、logyisallimportantforefronttopicintheresearchfieldofsensingtechnologynOW．Gas—sensingtechnology,whichemployssemiconductorlaserandlightemitteddiodeaslightresource，hasmultitudeadvantagesovertraditionalapproaches，suchashighsensitivity,multipleselection，widedynamicrange，goodsignaltonoiser

7、atioandquickresponsetime．Especiallyopticalfibersensorismoresafeandreliable，forelectricalinsulationhasbeenrealizedbytheseparationofopticalfibersensorfromdetectionandsignalprocessingcircuit．Inthispaper,themaincomponentofminegasmethaneisusedasaresearchsample．Afteranalyzingthetheoryofnea

8、r-infraredse