煤矿瓦斯光纤传感器的研究

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1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonOpticalFiberCoalMineGasSensorCandidate:ManTangMajor:OpticalEngineeringSupervisor:AssociateProf.HuBichunHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaDecember,2011独创性声明本人声

2、明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本论文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制

3、手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要近年来煤矿瓦斯爆炸频发，对人们的生命和国家的财产都造成了严重危害，甲烷是瓦斯的主要成分，因此对煤矿甲烷气体检查已经成为了科研领域的重点。传统非光学式甲烷气体传感器可以检查到较低浓度的甲烷气体，但是传感器的响应慢、易受污染、寿命短等缺点，并且难以实现在大规模区的连续实时监测。本论文研究了基于光谱吸收原理的甲烷光纤气体传感系统，其结合了光纤技术和弱光电信号处理技术，实现了对甲烷气体的

4、实时、快速、高效检测，另外如果改变系统光源和对应光电器件，还可以实现对多种气体的实时分布式检测。本论文第一章介绍了瓦斯探测的重要意义、非光学式与光纤式气体传感器的特点以及煤矿瓦斯传感器的研究现状等；第二章介绍了气体分子选择吸收特性、吸收线型和吸收线宽，并对甲烷气体的吸收谱线进行了分析；第三章研究了光谱吸收型的几种检测技术方案的原理及特点，确定了差分检测方案，并给出了甲烷光纤传感器的单点和多点检测系统架构；第四章对单点光纤甲烷传感系统的各部分进行了设计，给出了各部分的设计原理和器件的选择；第五章对传感系统进行了实验测试，分析了实验结果；第六章则是对本论文的总结，指出

5、了系统的不足之处，并对本技术的应用进行了展望。本论文第五章的实验测试结果显示，本系统在浓度低于5%时，检测误差在0.3%以下，满足低浓度检测要求；在浓度高于5%时，由于参考光对甲烷气体的吸收，以及滤波片受环境因素的影响，使得测试误差增大，最大测试误差为5%。实验测试还显示本系统具有良好的稳定性和灵敏度，系统分辨率为620ppm。关键词：差分检测光纤气体传感宽带滤波器梳状滤波器气室I华中科技大学硕士学位论文AbstractInrecentyears,thecoalgasexplosionoccursfrequently,people'slivesandpropert

6、yofthecountryhascausedseriousharm.Becausemethanegasisthemainingredientinthecoalgas,sodetectingmethanegashasbecomethekeyareaofscientificresearch.Thetraditionalanopticaltypeofmethanegassensorcanchecktoalowconcentrationofmethanegas,buttheyhavemanyshortcomingssuchastheresponseofthesensors

7、low,vulnerabletopollution,shortlifeandhardtomonitorcontinuouslyinreal-timeinthelargescale.Thispaperstudiesmethanegassensorsystembasedontheopticalfiberabsorptionspectrum,whichcombinesopticalfibertechnologyandweakphotoelectricsignalprocessingtechnology,realizesreal-time,rapidandefficien

8、ttest