矿井甲烷浓度光纤监测网络及其关键技术研究

【摘要】： 随着煤炭工业的发展,瓦斯爆炸事故频频发生,已经成为制约煤矿安全生产的重要因素。甲烷是煤矿瓦斯气体的主要成分,甲烷、氧气以及明火的存在是引起瓦斯爆炸的三个因素。因此,实时可靠的检测矿井甲烷浓度对保障人民生命和国家财产安全有着重要的社会意义和经济意义。 论文中首先综述了甲烷常用的检测方法和光纤气体传感器的国内外发展现状。然后,设计了一套基于红外光谱吸收原理的准分布式光纤甲烷传感监测网络,该网络利用分布反馈式半导体激光器(DFB LD)和16路光开关,结合空分复用技术且分别对差分吸收和谐波检测法进行了分析。 其次,研究网络的光源模块、传感模块、光电转换模块和信号采集与处理模块。本文重点对甲烷在2V_3带R(4)支1650.96nm附近的吸收谱线、DFB激光器的模式跃变特性和气体吸收室及防污染装置的设计等关键技术的研究。另外,设计了前置放大及带通滤波等电路。利用高速数据采集卡和LabVIEW编程软件设计了专用的甲烷浓度监测虚拟系统,来实现实时瓦斯浓度数值显示和曲线的可视化输出,及时进行声光报警等功能。 最后,我们分别对差分吸收式的双波长单光路检测方案和二次谐波检测方案进行了甲烷气体吸收实验,对网络进行了光纤链路损耗实验,并进行了重复性和稳定性等实验。实验结果均与理论分析一致。通过分析得到网络中传感器的灵敏度为0.0018uw/ppm、分辨率达到96ppm。 【关键词】：光纤甲烷传感器 光谱吸收 差分吸收 谐波检测 空分复用
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP274.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 选题的背景和研究意义9-10
• 1.2 气体检测的基本方法10-13
• 1.3 光纤气体传感技术介绍13-15
• 1.3.1 光纤气体传感器的分类及优点13-14
• 1.3.2 光纤气体传感器的国内外研究现状14-15
• 1.4 分布式光纤气体传感复用技术15-17
• 1.5 论文主要研究内容及课题来源17-18
• 2 光纤甲烷浓度检测的基本原理与检测方法18-29
• 2.1 光谱吸收式光纤传感器的测量原理18-19
• 2.2 气体分子的近红外选择吸收19-22
• 2.3 基于光谱吸收原理的检测方法22-29
• 2.3.1 差分吸收技术22-25
• 2.3.2 谐波检测技术25-29
• 3 光纤甲烷传感系统设计29-46
• 3.1 光源模块29-34
• 3.1.1 光源的选择29-30
• 3.1.2 DFB激光器的模式跃变特性30-33
• 3.1.3 光隔离器、光衰减器及光开关33-34
• 3.2 传感模块34-36
• 3.2.1 甲烷气体吸收模块的设计34-35
• 3.2.2 气室防污染材料的选取35-36
• 3.3 光电转换及电路模块36-40
• 3.3.1 光电探测器的选择36-37
• 3.3.2 前置放大电路的设计37
• 3.3.3 滤波电路的设计37-39
• 3.3.4 调制电路的设计39-40
• 3.4 信号采集及处理模块40-42
• 3.4.1 基于PCI-2006采集卡的信号采集41
• 3.4.2 基于LabVIEW的监测界面设计41-42
• 3.5 甲烷检测系统方案设计与可行性分析42-46
• 3.5.1 差分吸收方案设计及可行性分析43-44
• 3.5.2 谐波检测方案设计及可行性分析44-46
• 4 甲烷气体浓度测量实验研究与分析46-57
• 4.1 实验样机46
• 4.2 激光器的P-I特性及波长测定46-48
• 4.3 光纤及光学传感单元的损耗实验48-50
• 4.4 差分吸收实验及结果分析50-51
• 4.5 谐波检测实验及结果分析51-53
• 4.6 示值对比实验53-54
• 4.7 重复性实验54-55
• 4.8 稳定性实验55
• 4.9 传感器性能参数分析55-57
• 5 结论与展望57-60
• 5.1 本课题完成的工作57-58
• 5.2 还存在的问题58
• 5.3 光纤瓦斯传感器的发展方向58-60
• 参考文献60-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果65-66
• 致谢66

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

基于光谱吸收的甲烷气体光纤传感器    金永君;艾延宝;任常愚;邓慧;

CH_4气体光纤传感器的研究    叶险峰,汤伟中

基于波分复用技术的光纤甲烷传感系统研究    付华;陈宝石;孙红鸽;

光纤乙炔气体检测系统的研究    刘泉,林海燕

光谱吸收型光纤气体传感器的研究    王立新,张爱军,张宇,罗德新,甘维兵

差分吸收式光纤气体传感器的研究    张爱军,冉昌艳,张宇

差分吸收式光纤甲烷气体传感器的研究    王玉田,郭增军,王莉田

分布式光纤监测技术在中国的发展    魏德荣,赵花城,秦一涛,张弘

气体峰值吸收系数随压强变化关系的理论分析    马维光,尹王保,黄涛,赵延霆,李昌勇,贾锁堂

基于可调谐二极管激光吸收光谱遥测CH_4浓度    汪世美;刘文清;刘建国;涂兴华;杨立书;

大容量长距离传输用低非线性效应非零色散位移光纤    蒋小强,王瑞春

基于无线传感器网络的市政下水道可燃气体监测系统设计及应用    包亮;王里奥;陈萌;杨宏;

岩梁小变形的光纤光栅检测方法研究    魏世明,柴敬,李毅

相似模拟实验中光纤光栅传感检测研究    魏世明;柴敬;

近红外激光二极管在气体传感中的应用    叶险峰,汤伟中

CH_4气体光纤传感器的研究    叶险峰,汤伟中

光纤光栅温度补偿桥式结构    黄山,赵华凤,俞涛,周开军,刘海涛

FFP边带滤波技术研究    巩宪锋,王长松,郭转运,吕可诚

全保偏光纤加速度矢量传感器的设计与实验    罗洪,熊水东,陈儒辉,胡永明,倪明,孟洲

窄带激光器调谐的光纤光栅波长移位解调    杨华勇,周伟林,李智忠,孙崇峰,胡永明

基于偏振消光的全光纤衰减器    胡正良;胡永明;赵明辉;

双折射聚合物长周期光纤光栅刻写研究    林开群;郑荣升;谢志国;阎杰;许立新;明海;

数字滤波技术在激光光谱温室气体监测中的应用    阚瑞峰;刘文清;张玉钧;刘建国;王敏;陈东;陈玖英;夏惠;方曦;崔益本;

基于可调谐近红外二极管激光波长调制光声光谱    李劲松;高晓明;刘锟;方黎;张为俊;

可调谐半导体激光吸收光谱技术在自然发火预测预报中的应用研究    尚盈;魏玉宾;王昌;李艳芳;张婷婷;

具有自诊断功能的光纤激光瓦斯传感器    李艳芳;魏玉宾;赵燕杰;张婷婷;王昌;刘统玉;

基于光纤微弯传感的三维物理模型应力测量技术    刘长武;吴鑫;陈泽辉;

调谐二极管激光吸收光谱的线形误差分析与校正方法    高楠;杜振辉;齐汝宾;马艺闻;高东宇;陈文亮;汪曣;

基于虚拟仪器技术的腔内吸收光谱波长调制与解调    韩文念;汪曣;刘琨;贾大功;刘铁根;

开放式农田氨气的高灵敏激光在线监测    何莹;张玉钧;朱安宁;王立明;阮俊;崔益本;杨淑莉;杨文亮;吉丽青;

ZEMAX在多模光纤准直器设计中的应用    雷平顺;薛力芳;何军;曾华林;付跃刚;周燕;

光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究    张琛

波导型微结构光纤与标准光纤的耦合机理研究    朱晓亮

布里渊光纤陀螺有源腔关键技术研究    张勇

高精度光纤陀螺建模及信号处理技术研究    陈世同

压差式光纤矢量水听器基元与测试技术研究    吕文磊

光子晶体光纤及其在传感领域的应用研究    史青

光纤CRDS流体传感的理论与实验研究    姜萌

大幅面古画高保真数字获取关键技术研究    石洗凡

基于光纤器件的微波信号产生、滤波技术及其应用    付宏燕

光纤光栅制备及传感应用研究    倪凯

基于匹配法的嵌入式光纤光栅温度传感系统    胡霁

在线式瓦斯监测系统    陈洋

智能瓦斯传感器的研制    滕景忠

基于硅基波导声光移频器理论与技术的研究    王铁柱

基于嵌入式Linux的红外呼气酒精检测系统的研究及开发    熊业攀

折射率调制光纤气体传感系统设计与研究    贾林涛

连续掺镱光子晶体光纤激光器理论和实验研究    左伟丽

基于LPFGs氢敏探测器的研究    郭东歌

光纤陀螺用保偏光纤及光纤环测试方法研究    韩书新

数字化光纤气体检测系统方案研究    杨蕊

透射式光纤甲烷气体传感器的研究    王玉田,郭增军,王莉田,侯培国

基于光谱吸收式光纤乙炔气体监测系统的研究    王玉田,李晓昕,刘占伟,郭媛,王忠东

基于光谱吸收的光纤甲烷监测系统在瓦斯抽采中的应用    赵燕杰;王昌;刘统玉;王哲;魏玉宾;李艳芳;尚盈;王黔;

甲烷气体2ν_3带R9支吸收线强度的精确测量    董磊,马维光,尹王保,李昌勇,贾锁堂

FBG湿度传感特性的研究    金永君;尹向宝;关柏欧;

分时差分式光纤甲烷气体检测仪的研制    米新江,许爱东,王英华,李灵风

光纤甲烷气体检测系统的研究    王艳菊;王玉田;王忠东;

便携式智能型低浓度甲烷检测仪研究    周奇勋,王勉华,乐春峡

光纤甲烷气体传感器的研究    王书涛;车仁生;王玉田;张洁;张景超;

光纤甲烷传感器的信号处理方法    王俏

CH_4气体光纤传感器的研究    叶险峰,汤伟中

光纤光栅调制式光纤甲烷气体传感器的研究    王玉田,刘瑾,杨海马

吸收式环境气体光纤传感器    王莉田，史锦珊，王玉田

抗H_2S中毒催化元件    郭宗文,任先武,张洪泉,周真

吸收式光纤甲烷气体传感器的研究    王玉田,郭廷荣,王莉田,侯培国

分布式光纤温度监测系统在长调水电站的应用实践    秦一涛,刘剑鸣,夏旭鹏,魏德荣,张弘

激光超声技术及其应用    张晓春

基于AT89C51单片机气体浓度测试仪的设计    谢洪森,林成裕,周杰,殷青宁

光谱吸收式光纤甲烷气体传感器及其信号处理方法    王书涛;车仁生;

光谱吸收法光纤甲烷传感器性能的研究    丰明坤,隋成华

光谱吸收型光纤气体传感器的研究    张爱军

基于半导体激光器的光纤甲烷浓度传感系统研究    王鹏;张记龙;王志斌;李晓;田二明;阎鹤;

吸收光谱学测量甲烷激光器的研究    王淳;曹家年;芦婧;

光谱吸收型光纤气体传感器解调系统的研究    王立新,冉昌艳,柏俊杰,张爱军

光谱吸收型光纤气体传感器解调系统的研究    姜德生,冉昌艳,柏俊杰,张爱军

多点光纤瓦斯传感技术    樊士彬;徐红春;向雄;

基于光谱吸收式光纤乙炔气体监测系统的研究    王玉田,李晓昕,刘占伟,郭媛,王忠东

瓦斯传感器检测方法研究    付华;李冬雪;

光纤气体传感检测技术研究    吴兵兵;吕垚;戴基智;刘华东;代志勇;刘永智;

光纤甲烷气体传感器的研究    王书涛;车仁生;王玉田;张洁;张景超;

多种气体一体化测量的光纤传感技术研究    李政颖;王洪海;姜德生;王立新;

基于DFB LD的光纤甲烷浓度传感系统研究    王鹏;张记龙;王志斌;李晓;田二明;阎鹤;

基于谐波检测的光纤传感器对甲烷检测的研究    杨洋;黄亮;王书涛;

光谱吸收型CO气体传感器的研究    王晓丽;刘瑾;周浔;

弱反馈下半导体激光器中的光子数压缩    张天才;侯占佳;王军民;谢常德;彭墀;

乙炔气体吸收半导体激光稳频技术研究    高业胜;郑光金;赵耀;

用P-D-H方法对半导体激光器的稳频    李润兵;王平;王谨;詹明生;

半导体激光器的广泛应用    陈云良;王海龙;

630nm-640nm波段半导体激光频率标准的研究进展    陈徐宗;张剑;袁杰;陈超;王义遒;

基于光谱吸收及弱信号检测理论的光纤气体测量系统研究    吴希军;王书涛;侯培国;郑龙江;

多功能家用半导体激光治疗仪的研制    潘振华;王兴;赵宇;高慧;李迎新;

国内首次实现谐波检测可视化    宋元

HSPA MX~(TM) 倍速(空分复用)技术：突破网络吞吐量瓶颈    记者 孟祥初

半导体激光器应用市场广阔    

朗讯贝尔实验室推出新款半导体激光器    王晶

蓝光半导体激光器让300张光盘变1张    邵珍珍 本报记者 张显峰

1秒钟测出准确数据    本报记者　　何聪

气体浓度超标10秒钟内报警    记者 方科 实习生 刘智

超宽带半导体激光器问世    正　子

中兴首创“TD-HSPA MX倍速技术”    王冀

超宽带半导体激光器问世    刘晶

基于可调谐激光光谱的矿井瓦斯气体传感系统的研究    邓广福

基于光谱吸收光纤甲烷气体传感系统的研究    郭增军

基于光谱吸收的瓦斯检测技术及实验研究    吴希军

光纤CO气体传感器的理论建模及设计实现    撒继铭

光谱吸收式光纤气体检测理论及技术研究    张可可

电泵浦有机半导体激光器及其特性研究    田苗苗

半导体激光器腔面光学膜关键技术研究    李再金

基于半导体激光能量源的直接成型关键技术研究    马巧梅

改善高功率半导体激光器相干特性的研究    洪治

噪声用于半导体大功率激光器及双极晶体管可靠性研究    石英学

矿井甲烷浓度光纤监测网络及其关键技术研究    王鹏

光纤气体传感器的研究    冉昌艳

红外光谱吸收型光纤一氧化碳传感器的研究    田卡丽

基于红外吸收法的光纤一氧化碳传感系统的研究    田学航

光谱吸收式光纤甲烷气体传感系统的研究    刘瑾

基于光谱吸收法的甲烷气体传感器的研究    赵根爱

高分辨率光纤甲烷气体检测系统的研究    尚明丽

光谱吸收式光纤甲烷气体传感器的研究    郭廷荣

光纤传感在瓦斯检测中的应用研究    陈林

基于光谱吸收法的光纤二氧化硫气体传感器的研究    潘爱军