CH_4分子光谱分析在井下瓦斯浓度监测中的研究

根据CH4中C-H键特殊的光谱振动吸收特性,设计了基于特征光谱吸收的CH4浓度光谱分析方法,用于矿井下低浓度CH4的高精度实时监测。在分析CH4分子键所对应的特殊光谱吸收波长的条件下,选择傅里叶变换干涉仪作为干涉工具,结合CCD探测器采集干涉条纹,最终经光谱分析算法得到各波长上光强衰减量度,从而反演CH4气体浓度。利用比尔朗伯定理及浓度程长积公式,可以得到CH4的理论最小探测浓度可达到0.1%,实际受环境等影响会有小幅波动,但不影响0.1%的探测精度,完全满足瓦斯浓度为0～5%的井下实时探测要求。计算实验显示,在采用傅里叶变换光谱分析法探测CH4浓度时,数据显示:在长度为10cm的气室中,对浓度介于0～5%的CH4进行探测时,满足探测精度0.1%的实时探测要求。

基于光谱吸收CH_4传感器灵敏度的分析

基于气体红外吸收的基本原理,首先对部分常见气体的吸收谱进行了解,然后对甲烷(CH4)气体传感器原理进行分析。对于光纤气体传感器而言,气体检测灵敏度是一个重要的考虑因素。通过对光谱吸收理论的分析和数据模拟,得到在不考虑光路干扰因素,理想状态情况下,气室吸收长度L和气体浓度C对传感器灵敏度的影响。当L一定时,C增大,则会提高传感灵敏度。当C一定时,增加L,尤其当C较高时,则传感灵敏度较高。

基于吸收光谱技术在线测量煤球热解过程中CH_4气体的浓度

煤粉热解过程中产物及组分的不同会直接影响煤的燃烧特性,为了进一步研究煤粉热解过程中产物浓度的变化,采用1.65μm附近的一组2v_3的CH_4气体吸收谱线,在利用波长调制技术对原始激光强度修正的基础上,实现了大同煤和准东煤热解过程中CH_4气体浓度的在线测量。将直径约为8mm、质量约为360mg的单颗粒煤球通过金属丝悬挂于石英管中,为使单颗粒煤球在热解过程中被迅速加热且受热均匀,采用高功率CO_2激光器与反射镜实现单颗粒煤球的均匀对称加热。可调谐激光光束在单颗粒煤球下方约10mm处经3次反射穿过石英管,CH_4气体浓度测量的过程从热解开始前一直持续到热解过程完全结束。在热解过程的开始阶段,CH_4气体的浓度迅速增加,之后逐渐下降,直至最后降为0,整个热解过程持续时间约为60s。在气体释放速率最大处,准东煤产生的CH_4气体的体积分数约为大同煤的2倍;准东煤发生热解反应更加迅速,且产生了较多的CH_4气体。