硫化氢气体浓度检测的光传感机理研究

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1、ｍＫｍ：巾图分类号：ＴＰ２１２．１密级：公开ＵＤＣ：６２１．３学校代码：１００８２■Ｐ一呀妓ｔ（养＜＾嗦ＨＥＢＥＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕ｄｂ学位论文．ｆ‘７－￡＾硫化氨气体浓度检测的光传感机理研究＇＂．■＇斗？古．；．．．Ｉ’．＇＇＇Ｙ苗：宙！；论文作者：孙涛指导教师：陈书莊教授企业指导教师：冯卫高级工程师申请学位类别：工程硕±学科、领域：电子与通信工程＇所在单位：

2、信息科学与工程学院／答辩日期：２０１６年１２月河北科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。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：指导教师签名寺赃心／／年／巧曰年ｙＡ＾曰！河北科技大学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

3、用学位论文的规定，同意学校保留并人向国家有关部口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授权河北科技大学可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Ｗ采用影印、缩□保印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。密，在＿＿年解密后适用本授权书。本学位论文属于坏保＂密。Ｖ＂）（请在上方植内打学位论文－作者签名：指导教师签名１＾／＾年／Ｖ月７＾曰年ｉ心口）〇ｌＪｊＩClassifiedIndex：TP212.1SecrecyRate：PublicizedU

4、DC：621.3UniversityCode：10082HebeiUniversityofScienceandTechnologyDissertationfortheMasterDegreeResearchonTheOpticalSensingMechanismofHydrogenSulfideGasConcentrationDetectionCandidate：SunTaoSupervisor:Prof.ChenShuwangEnterpriseSupervisor：FengWeiSeniorEngineerAcademicDeg

5、reeApppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectronicsandCommunicationEngineeringEmployer：SchoolofInformationScience&EnginneringDateofOralExamination:Dec,2016摘要摘要硫化氢气体是腐蚀性极强的剧毒高危气体，在石油和天然气开采、井矿勘探、化工、钢铁等多个生产环节都受到硫化氢气体的影响。尤其在高含硫油气田勘探开发过程中极易发生硫化氢气体泄露事故，造成人员伤亡并腐蚀破坏石油天然气装

6、备。因此对油气井现场硫化氢气体浓度进行实时、快速检测的研究具有极其重要的社会意义。本课题以检测硫化氢气体浓度为目的，对光传感在气体检测方面的应用展开研究。首先，通过对光谱学理论进行研究，介绍了光谱吸收型光纤气体传感器的基本原理。利用HITRAN数据库及JavaHAWKS软件对硫化氢气体吸收谱线进行分析，确定了硫化氢气体最佳吸收谱线的波长为1.578m。然后，对现有基于光谱吸收特性的气体检测方法进行研究，提出了一种改进的气体检测方案，即采用双光路差分和谐波检测相结合的方法检测硫化氢气体。该方法采用波长调制和波长扫描的方法对光源进行调

7、制，采用双光路差分法对可调谐半导体激光吸收光谱气体检测技术进行改进，并利用谐波检测技术对气体浓度信号进行检测。对改进后的硫化氢气体传感系统建立数学模型，并利用SIMULINK仿真平台对系统进行仿真，结果说明该方法可以提高系统在微弱信号检测中锁定放大器对二次谐波的检测能力，减小测量误差。最后，搭建了实验平台以及对硬件电路进行了设计，并对硫化氢气体检测，对实验数据进行分析，结果表明，利用谐波检测和双光路差分相结合的方法对硫化氢气体有很好的检测效果，验证了该方法的可行性和正确性。本文研究可应用于油气勘探开采现场，解决信号微弱等技术难题。可

8、为实现硫化氢气体大范围、远距离安全检测提供理论依据。关键词硫化氢气体传感器；光谱吸收；波长调制；谐波检测；双光路差分I河北科技大学硕士学位论文AbstractH2S(hydrogensulfide)isahighlycorrosive