光纤传感在瓦斯检测中的应用研究

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1、摘要摘要随着煤炭工业的发展，瓦斯事故越来越来成为制约煤矿安全的重要因素，瓦斯传感器对监测监控起着决定作用，因此研制开放安全可靠、高灵敏度的瓦斯传感系统具有重大的社会和经济意义。对目前具有广泛应用前景的光纤瓦斯气体传感器进行了研究，光纤气体传感器比传统传感器有无可比拟的优点，本论文旨在设计光纤甲烷气体传感系统以实时、可靠的检测瓦斯气体的浓度。本论文进行瓦斯浓度测量是基于比尔．朗伯(Beer-Lambert)定律，但是直接运用此原理进行测量，由于气体比较微弱，气体吸收较小，加上光源不稳定、光源和探测器等与光

2、纤耦合的损耗，系统固有噪声等对检测灵敏度有很大影响，致使检测效果非常的不理想。为此，我们寻找解决这些问题的方法，本文就这些问题进行分析和研究，并在现有实验条件的基础上设计处合理的使用的光纤瓦斯传感系统，并运用LabVIEw软件平台进行直观显示。利用分子光谱理论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。并确定了甲烷气体的吸收谱线，找出适合普通石英光纤进行较长距离低损耗传输的光谱特性。根据比尔，朗伯(Beer-Lambert)定律，直接检测气体时，信号中不仅有光路干扰，还有很大部分与浓

3、度无关，信号难以放大，检测灵敏度受到限制，差分吸收检测和谐波检测是气体吸收检测的两种基本方法。根据光源不同，系统设计有较大不同，本文给出了几种设计方案。但由于实验条件限制，本实验采用SLD产生的宽带光源，通过光纤Bragg光栅和压电陶瓷对其进行波长调制，获得窄带出射光，从而实现瓦斯气体浓度的高灵敏度测量。系统软件采用LabVlEW软件，对数据进行采集和处理，用软件代替了复杂的硬件电路，简化了设计。得到的瓦斯浓度能够在图形界面上显示，并进行保存。图43表3参48关键词：瓦斯检测；光纤Bragg光栅；虚拟仪

4、器；LabVIEW分类号：TP212．14摘耍AbstractAlongwiththeeealindustrydevelopmenLthegasaccidentmoreandmorebecomestoanimportantfactorrestrictingthecoalmillesafety，Thegassensorplaysveryimportantroleofmonitoring,thereforeitissignificanttodevelopsafereliable，thehi曲sensitiv

5、itygassensingsystem．Ithasthegreatsocietyandtheeconomicalsignificance．TheopticalfibergassensorhasfoundawiderangeofapplicantsbyvirtueofiBvarioustechnicalmerits．Thegoalofthepaperliesindesigningtheopticalfibermethanegassertsingsystemtoexaminegasdemityreal·ti

6、meandreliably．Afteranalyzingthetheoryofnear-infraredselectiveabsorptionofgas，wedescribetheacademicbaseofthemeasurementofthegasbyabsorptiontheory．Theabsorptionspectraofmethaneareconfirmedandthespectrumcharacteristic,whichisfitforlow-lossopticalfibertotran

7、smitalongway,isalsodiscussed．WhenthegasisexamineddirectlyaccordingtoLambert—beerlaw,thereisnotonlylightrouteinterference，butalsonorelationshipbetweencontentanddensity．Thenthesignalisverydifficulttoamplify，andmeasurementsensitivityisstrictlylimited．Differ

8、enceabsorptionnle旧lsuremerltandwavelengthmodulationharmonicmeasurementaletwofundamentalapproachesforgaslightabsorptiondetection．FordifferentlightreSOUrce，systemdesignshavegreatdifferences．Thispapergivesseveraldesignplans．A