光譜吸收式煤礦瓦斯激光檢測系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著工農業(yè)的迅速發(fā)展，礦井、油田、電力系統(tǒng)安全保護以及環(huán)境保護成為越來越值得重視的問題。數以千萬計的大型動力工廠和礦業(yè)部門排放出大量的易燃、易爆、有毒、有害氣體，使人類的生存環(huán)境和人身安全受到嚴重威脅，因此對這些氣體進行快速、實時檢測對于工礦安全生產及環(huán)境保護有特別重要的意義。 光譜吸收法氣體傳感技術是當今氣體檢測領域研究的一個重要前沿課題。以半導體激光器或發(fā)光二極管作為光源的氣體傳感技術在靈敏度、選擇性、動態(tài)范圍、信噪比和響應

2、時間等方面比傳統(tǒng)方法有更多優(yōu)點。在被測氣體的光吸收過程中，不同的氣體物質有不同的吸收峰帶，即由于分子結構的能量分布的差異各自顯示出不同的吸收譜，它決定了氣體光吸收測量法的選擇性和鑒別性，滿足氣體強度即含量的唯一確定性。光探測器的輸出表征了被測氣體的特性狀態(tài)。 本文以礦井瓦斯的主要成分甲烷為目標氣體，研究基于光譜吸收方法的氣體檢測系統(tǒng)。通過對氣體近紅外選擇性吸收的理論分析，給出了氣體吸收測量的理論依據，確定了甲烷氣體的吸收譜線，建

3、立了兩種光譜吸收式甲烷氣體檢測方法——差分吸收法和光源調制法的數學模型，設計了相應的系統(tǒng)結構并搭建了實驗平臺。通過實驗論證，得出結論：兩種方法均可以滿足瓦斯?jié)舛葯z測的要求，但光強調制法的性能優(yōu)于差分吸收法。 文中論述了近紅外波段激發(fā)光源的光強穩(wěn)定技術；LD和氣體吸收峰精確對準技術；測量信號和參考信號的獲取與比值處理技術。本文對測量系統(tǒng)的光路、氣室以及電路進行了設計，驗證了系統(tǒng)的可行性，給出了以選頻放大器為核心的微弱信號檢測方法和