基于光纤瓦斯传感器检测方法

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1、基于光纤瓦斯传感器检测方法　　摘要：本文首先介绍光纤传感器的类型和特点，并选择了典型的瓦斯传感器结构进行了模块分析，并预测了光纤瓦斯传感器的发展趋势。Abstract：ThethesisintroducesthetypeandcharacteristicsofFiberOpticSensor（FOS），whichdoesmoduleanalysisbyselectingtypicalgassensorstructure，andpedictesthedevelopmenttendencyofFiberOpticSensor.关键词：光纤；瓦斯传感器；智能化Keywords：fiber；gasse

2、nsor；intellectualization中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）06-0025-020引言瓦斯是煤矿作业和工业领域极易引起爆炸事故的易燃气体，一旦瓦斯达到临界温度就有可能发展爆炸和剧烈地燃烧，将会带来人员伤害和经济损失[1，2]。因此，对于瓦斯气体的浓度检测有着重要的现实意义。而光纤以基信号稳定，不易受到干扰，高速的优点结合适当的传感器，在瓦斯深度检测和预警应用中发挥了巨大的作用。本文对基于光颖的瓦斯传感器检测方法进行了分析与讨论。81光纤传感器的类型根据光谱吸收原理来获得信号来源，通过入射光线与反射光线的比值，来测算出瓦斯的浓度。具

3、体示意图如图1所示。激光器的脉冲发射脉冲，经过斩波器生成脉冲光，再经过透镜反射入射光纤，传输到气体感应器。将瓦斯反映最强的光线信号由锁相放大器进行接收处理，根据光线信号的强度变化来测定瓦斯的浓度大小数值[3]。为了防止因为水气与瓦斯吸收波强度接近而导致的误警和数值测量不准，激光器的测量波长范围与瓦斯的二次谐振吸收光谱相符。这种传感器容易受到干扰，尤其是受到气体的干扰最为明显[4]。为了避免这个缺点，现在有的研究者使用了压电陶瓷来对弱化和受到干扰的气体信号进行处理，同时还解决了原有系统体积过大，成本偏高的问题。其工作的原理是根据Lambert定律：I=I0e-ucl其中I，I0为吸收后和吸收前射

4、线强度；μ为吸收系数；L为介质厚度；C为介质浓度。根据透射和入射光强之比，可以得知瓦斯的浓度2光纤传感器的特点8相比较于红外传感器来讲，其的优点是不易受到电磁干扰，安全性高，不易受到温度、高压的影响，同时还耐腐蚀能力强，在抗爆能力上更是突出，远距离传输信号失真小，适合在极端条件下进行数据传输[7]。光纤的直径相对较小，而且结实可靠，配合微型探头，可以将整个传感器实现微型化，降低体积和安装难度。可以进行多点的同时探测，具有很高的测量精度和测量范围，整个系统工作寿命长，并具有较低的成本。对于测量样品的影响非常小，甚至于没有，是一种非损坏性检测工具[8]。由于光纤传感器具有这些突出的特点，因此，它非

5、常适合用作检测瓦斯含量这种处于高危险条件下的检测工具。3光纤瓦斯传感器应用的结构3.1传感器的要求由于与高性能的计算机组成了探测系统，光纤传感器可以实现无人值守，长时间的数据采集与存储。以便在危险，例如矿井这样高危险区域使用。由于配备了大容量的存储器，可以方便企业和研究人员对监控的区域进行科学分析与会商，更好的配备探测器，和加强工作人员的安全工作。其主要的工作参数如下所示。测量范围：04%瓦斯浓度，分辨率不低于1%的甲烷。信号制式：输出200：LOOOHz的频率信号，其幅度G3V，正负脉冲宽度≥3ms。供电范围：传感器在输入电压为DC9～24V范围内可以正常工作。8声光报警：我远处的声响信号不

6、小于80分贝，可以修改测量范围内的报警值，报警显示值与设定值的差值不超过0.05%，响应时间不超过20秒。甲烷光纤气体传感器的系统原理图如图2所示。光源经过50KHz的高频正弦波和70Hz的低频锯齿波叠加后驱动，发出的光在光纤的传输下进入气室，经气室吸收后出来的光信号被光电二极管（PIN）转换成电信号。前置放大和高通滤波将微弱的电信号放大，滤除低频锯齿波后，将气体吸收后的50KHz高频正弦波输入锁相放大器，与两路高频参考信号相乘得到的信号再自乘相加，经低通滤波电路后，最终得到反映气体浓度信息的二次谐波信号。激光光源、光源驱动、光源恒温、气室的传感、光电转换锁相滤波和信号处理构成了一个完整的光纤

7、传感器。3.2光源探测器电路的工作原理甲烷在波长1665.47nm处是吸收最强，本研究所选用中心波长为1665.32nm的DFBLD光源。采用高精度的自动温度控制ATC（AutomaticTemperatureControl）技术和自动功率控制APC（AutomaticPowerControl）技术，动态单模特性和线性良好，能够满足光源对谱线窄、功率大、波长及功率稳定性好等实际要求。3.3光源的控