基于红外检测的甲烷传感器中光谱吸收理论的研究-论文.pdf

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1、第36卷第6期红外技术、，0l

2、36NO．62014年6月InfraredTechnologyJune2014<测量技术>基于红外检测的甲烷传感器中光谱吸收理论的研究张显杰，余震虹，李蓉蓉，孙成(江南大学物联网工程学院江苏无锡214122)摘要：分子光谱理论是光谱吸收式光纤气体传感器的理论基础，对于光纤红外法检测有毒气体的浓度具有重要意义。根据朗伯一比尔(Beer-Lambert)理论，首先从甲烷(CHa)气体浓度的定量分析以及分子参数的理论进行研究，再通过分析CH4气体的吸收线得出其吸收系数v)

3、的一般方法。由分析得当气体压强P<0．02atm时多普勒展宽占优势，用高斯线型拟合吸收线；当P>O．1atria时碰撞展宽占优势，用洛仑兹线型拟合吸收线；当0．02atm

4、ntheInfraredDetectionMethodZHANGXian-jie，YUZhen—hong，LIRong-rong，SUNCheng(CollegeofInternetofThingsEngineering,JiangnanUniversity，Wuxi214122，China)Abstract：Molecularspectroscopyabsorptionspectrumtheoryisthetheoreticalbasisoftheopticalfibergassensor,wh

5、ichhasimportantsignificanceforthedetectionoftoxicgasconcentrationwithfiberinfraredmethod．AccordingtotheBeer-Lamberttheory,thispaperresearchesfromthequantitativeanalysisofconcentrationofgaseousmethane(CHa)andmolecularparameterstheorystudy,andthenthroug

6、htheanalysisoftheabsorptionofcHagaslinetoconcludegeneralmethodoftheabsorptioncoeficientdetection．Whenthepressureislowerthan0．02atm，dominantDopplerbroadened，Gaussianalignmentfittingisusedtoget(V)．Whenthepressureishigherthan0．1atmcollisionbroadeningisdo

7、minant，Lorentzianalignmentfittingisused，andwhenthepressureisbetween0．02-0．1arm，ttwoarewidened，Voigtisbete~Intheoryitisaverygoodresult．Keywords：infrareddetection，absorptioncoeficient，CHaconcentration，linearfit，spectrumabsorption(AE=hv)的光子才能被吸收【2】，通过检测特

8、定波长0引言激光的光谱吸收情况可以对气体进行定性和定量分光纤传感技术是以光波为载体，光纤为媒质，析。在利用Beer-Lambert定理进行被测气体的浓度感知和传输外界被测量信号的新型传感技术，近年计算时，吸收系数是一个很重要的参数p】。目来用于检测污染气体浓度研究的光纤传感技术已经前，气体的吸收系数测量多在实验上测出，在理论得到越来越多的关注⋯。分子光谱理论是光谱吸收上的计算还不是很完善，本文重点研究检测cHa气式光纤气体传感器的理论基础，每一种气体分子的体浓度中的几种算法的实现。分子结构均不同，

9、分子的内部运动和分子之间的相1理论分析互作用也不同，气体分子都有其固定的吸收光谱，只有那些能量正好等于它的某两个能级能量之差比尔．朗伯定律是痕量气体吸收的基本定律，收稿日期：2013—12．18；修订日期：2014．02—17．作者简介：张显杰(1989一)，男，江苏扬州人，江南大学物联网工程学院硕士生，主要研究方向为光纤气体传感器相关方面。E—mail：jndxzhangxianjie@163．tom。508第36卷第6期、，01．36NO．62014年6月张显杰等：基于红外检测