基于红外光谱吸收型光纤气体传感器的煤矿瓦斯监测监控系统初探

本文依据公司多年以来的煤矿监测监控系统使用、升级改造、维护过程以及应用情况,提出了一种基于红外光谱吸收型光纤气体传感器的煤矿瓦斯监测监控系统的模型,并对这种监测监控网络模型的优势及推广价值进行了初步探讨。

差分光谱吸收的光纤气体传感器

介绍利用光纤系统探测气体成份含量的新方法。给出基本原理、实验框图和具体实例。

光谱吸收硫化氢气体浓度传感器

提出一种基于红外吸收光谱测量法检测硫化氢气体浓度的方法。分析了硫化氢气体近红外光谱吸收特性,为消除光源不稳定及光电器件的热零点漂移、零点漂移对测量准确度的影响,基于差分吸收检测法设计了硫化氢气体浓度传感器,对硫化氢气体浓度检测进行了实验研究,实验表明该传感器的测量灵敏度可达10-5(10ppm)。

基于红外差分检测的甲烷气体传感器

鉴于红外吸收法检测甲烷气体浓度时,误差的补偿是提高检测精度的核心。通常采用各种差分吸收技术来进行误差的补偿,减少各种干扰。基于红外差分检测原理,设计一种双波长差分甲烷传感器。利用旋转滤光盘控制滤波和光的通过,使测量光和参考光分时通过光路,实现了单光源单光路单探测器结构,消除了光源功率波动、光路损耗以及探测器的不稳定带来的误差,提高了检测精度。实验表明,在0～6%浓度范围内,该传感器最大相对误差小于1%。

半导体吸收式光纤温度传感器的研究

半导体GaAs对近红外光的吸收波峰值随温度升高向长波长移动,从而引起透射率随温度变化而变化。基于这一特性,设计了一种单光路的半导体吸收式光纤温度传感器。实验表明,该传感器精度可达±1℃,响应速度可达20 s。

光子晶体光纤CO_2气体传感器的研究

为了能高灵敏度地检测CO_2气体的体积分数,基于红外光谱吸收原理,设计了一种以9m长的空芯光子晶体光纤作为传感单元的CO_2气体传感器。利用该传感器测量了不同体积分数的CO_2在同一吸收波长下的吸收光谱图。结果表明,气体的吸收光强和气体的体积分数之间呈线性变化,与比尔-朗伯定律一致;传感器的灵敏度可达4.389×10^(-5)W。可通过加长光子晶体光纤的长度,来增加气体吸收的有效距离,使传感系统获得较高灵敏度。

高性能红外SF_6传感器

基于电力行业对于SF6气体浓度精确测量的需要,根据红外光谱吸收原理,设计了一种新型高性能红外SF6传感器。简单介绍了传感器的工作机理,采用双光束结构和差分测量技术,提出了基于朗伯比尔定理的传感器数学模型。在软件程序中加入温度补偿算法,对传感器进行零点校正和标定点补偿,使之提高SF6检测精度。试验结果表明,上述设计有效提高传感器的各项性能指标。

光纤乙炔气体检测系统的研究

基于乙炔气体的光谱吸收特性,提出了一种带有参考通道的光纤乙炔气体在线实时检测系统。为了消除被测气体以外的其它随机因素的影响,在设计过程中采用了双光源、双光路、双气室结构。论述了运用双波长补偿法来克服系统中存在的光路扰动、解决系统不稳定问题、提高测量准确度的原理。给出了该光纤乙炔气体测量系统的实验结果。

红外气体探测器的设计与实现

介绍红外吸收式气体探测器的设计。系统主要由三端集成稳压电源、红外气体传感器、单片机、时钟振荡电路、LED报警指示电路等部分所组成,具有报警及时、灵敏度高、稳定性好、适合气体多等优点。

新型光纤CO气体传感器的研究

基于CO气体近红外吸收的机理,研究了一种光谱吸收型光纤CO气体传感器。通过光纤光栅和压电陶瓷(PZT)对宽带光源LED进行波长调制,获得窄带反射出射光,检测其二次谐波,实现CO气体的较高灵敏度测量。利用二次谐波与光纤光栅透射光强的比值来消除光路干扰。建立了谐波检测的数学模型,给出了CO气体的测量结果。实验表明,该仪器的检测灵敏度可达到0.2×10-6。

基于ARM的CH_4气体体积分数检测系统

介绍了一种实时检测CH4气体体积分数的便携式系统。运用基于分子辐射吸收理论的红外检测技术,设计了CH4体积分数检测的红外传感器;开发了以S3C44B0为核心,包括A/D转换模块、键盘输入模块、LCD液晶显示模块、串口通信模块在内的ARM中央硬件处理平台。设计出的传感器具有响应速度快、能在恶劣环境下工作的优点;系统采用了ARM嵌入式处理器,实时性好,可脱机运行,携带方便,可推广到化工、电力、矿山等行业的危险气体检测。

光纤瓦斯传感系统的研制

利用光电检测理论和波分复用技术,研制出安全型光纤瓦斯传感器。系统传感头利用CH4气体在1.331μm处的谐波吸收谱工作。系统采用双波长差分吸收的工作方式,其参考波长为1.27μm,消除了非光吸收的其他散射和微扰等影响。由微机用软件控制12位A/D/A转换卡进行数据采集与处理,系统分辨率达0.001%,实现了实时显示。该系统不仅能对瓦斯气体进行准确检测,而且由于采用了光学测量的方式,所以既安全又可靠,不仅可以应用于煤矿矿井内的瓦斯气体含量的实时测量,还可以实现远程监控。

用于中红外甲烷检测的压强测量与补偿（英文）

利用一个波长为3.291μm的室温连续、带间级联激光器和一个有效光程长为54.6 m的多通池,研究了用于中红外甲烷检测的压强测量及补偿技术。通过对测得的甲烷直接吸收光谱信号进行洛伦兹吸收线型拟合,测量了吸收池内气体压强并补偿了压强变化对甲烷浓度的影响。利用浓度为2.1×10^(-6)的甲烷气体样品,在1.33×10~4~10.64×10~4 Pa的范围内进行了压强标定;对压强为9.31×10~4 Pa、浓度为2.1×10^(-6)甲烷气体样品的压强测量结果进行阿仑方差分析,结果表明,当积分时间为2.2s时,压强的测量精度约为219.5Pa。在1.33×104、3.99×10~4和6.65×10~4 Pa三种不同压强条件下,对浓度分别为1.0×10^(-6)、1.2×10^(-6)、1.4×10^(-6)、1.6×10^(-6)、2.1×10^(-6)甲烷气体样品的浓度和压强做了15组测量,验证了所给出的压强测量和补偿技术的可行性。

用于近红外宽带腔增强吸收光谱的小波去噪

为了有效抑制检测系统的噪声,提高气体浓度的反演精度,研究了近红外宽带腔增强气体传感系统的小波去噪方法。小波去噪方法的优化分析结果表明,选择db2小波函数作为小波基对含噪信号进行6级分层处理,并选择heursure阈值估计方法,采用局部阈值方式对噪声部分小波系数进行置零处理,可达到最优去噪效果。将近红外宽带腔增强吸收光谱技术与高分辨率傅里叶变换红外光谱仪相结合,建立了用于甲烷检测的气体传感系统,使用最小二乘拟合算法对去噪前后的甲烷吸收系数进行反演。结果表明,采用小波去噪后,反演浓度更接近真实值,反演精度提高7%,信噪比提高90%,系统检测下限降低45%,证明小波去噪算法可以有效提高系统的检测精度。

一种实用的光电检测电路设计与实现

气体检测在人类的日常生活和生产过程中非常重要。光纤传感器采用光而不是电作为信息载体,因此不存在产生电火花的安全隐患问题。光纤气体传感器中,吸收型光纤气体传感器更具有灵敏度高,响应快,抗温等优点。然而,吸收型光纤气体传感器也存在信号微弱,抗干扰能力差等缺点。文中基于对光纤气体传感器系统的研究,提出了一套完整的光电检测电路的设计与实现方法。该电路具有电路结构简单,实用性强,可移植性强等优点,广泛运用于光纤气体传感领域。实验验证了该设计的正确性、精确性、实用性和可靠性。

高速高分辨率光纤布拉格光栅传感系统的解调技术

提出使用基于半导体光放大器(SOA)的环形激光器与可调谐光纤型法布里-珀罗(F-P)滤波器作为扫描光源的光纤布拉格光栅(FBG)解调方案,综合使用梳状滤波器与乙炔气体的吸收谱进行谱线标定,采用数字信号处理算法进行时域滤波与3dB功率寻峰算法。实验证明,该解调方案可以同时实现对超过1000个温度FBG,或240个应变传感光栅进行解调,解调频率达到1000Hz,波长分辨率达到0.5pm,温度检测精度达到0.05℃,应变检测精度达到0.6με。