多通道光纖甲烷檢測(cè)系統(tǒng)的研究.pdf

1、瓦斯氣體的主要成分是甲烷，易燃易爆，它主要存在于煤礦、石油化工、地鐵隧道等作業(yè)場(chǎng)所，當(dāng)瓦斯的含量超過一定的范圍時(shí)會(huì)引發(fā)瓦斯災(zāi)害，嚴(yán)重威脅作業(yè)場(chǎng)所的安全。天然氣和瓦斯類似，其主要成分也是甲烷，隨著天然氣供給網(wǎng)絡(luò)的不斷完善和普及，越來越多的住戶可以享受天然氣帶來的便利和實(shí)惠，同時(shí)天然氣泄露事故頻發(fā)，嚴(yán)重威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，甲烷氣體濃度的檢測(cè)具有現(xiàn)實(shí)意義。現(xiàn)階段，甲烷傳感器大多是單點(diǎn)檢測(cè)，且實(shí)時(shí)性差，因此，利用光纖傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)甲烷的

2、多點(diǎn)監(jiān)測(cè)具有現(xiàn)實(shí)意義。
　　 光纖甲烷氣體傳感器具有其它類甲烷傳感器不可比擬的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)多通道光纖甲烷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是市場(chǎng)的迫切需要。基于此，本課題對(duì)于光纖甲烷傳感器進(jìn)行了深入的研究和探索，開發(fā)出了適應(yīng)于工程化應(yīng)用的多通道光纖甲烷氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、實(shí)時(shí)性好、長(zhǎng)期免調(diào)校、組網(wǎng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。
　　 利用光譜吸收技術(shù)，選擇近紅外波段中心波長(zhǎng)為1665.32nm的分布反饋式半導(dǎo)體激光器(DFB LD)作為光源，用特

3、殊的電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)DFB LD發(fā)光，實(shí)現(xiàn)DFB LD的波長(zhǎng)和光強(qiáng)的同時(shí)調(diào)制。由于DFB LD的出光波長(zhǎng)受溫度的影響，本課題采用Linear公司生產(chǎn)的LTC1923，使DFB LD的管芯溫度保持恒定。采用諧波檢測(cè)技術(shù)提取出含有甲烷氣體濃度信息和初始光強(qiáng)的二次諧波信號(hào)，提取出只含有初始光強(qiáng)的一次諧波信號(hào)，將二次諧波信號(hào)和一次諧波信號(hào)的比值作為輸出，這樣消除了光強(qiáng)波動(dòng)帶來的不利影響。因?yàn)槎嗤ǖ拦饫w甲烷氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳感探頭和信號(hào)處理電路是分離的

4、，使得對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的濃度信息傳輸?shù)叫盘?hào)處理電路時(shí)產(chǎn)生不同的相位差，利用鎖相放大技術(shù)，采用模擬乘法器(MLT04)消除了未知相位差。
　　 為了提高多通道光纖甲烷氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度，對(duì)光纖傳感探頭進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的氣室淺而窄，這樣利于氣體的置換，明顯提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。借助ANSYS軟件中的Workbench平臺(tái)，對(duì)氣室進(jìn)行了靜力學(xué)分析，對(duì)光纖傳感探頭進(jìn)行了模態(tài)和跌落分析，分析結(jié)果表明新設(shè)計(jì)的探頭可靠性好。最后，對(duì)光纖傳感探頭