基于高Q諧振腔方法的便攜式甲烷氣體傳感器的研究.pdf

1、在我國(guó)，煤礦中的瓦斯爆炸目前已成為制約煤礦安全生產(chǎn)的主要矛盾。因此，實(shí)時(shí)檢測(cè)甲烷氣體(瓦斯的主要成分)的產(chǎn)生源、泄漏源以及濃度，對(duì)煤礦的安全運(yùn)行，人身安全及環(huán)境保護(hù)有著十分重要的作用。 本文是根據(jù)華東師范大學(xué)姚萌教授的自主專利《便攜式紅外半導(dǎo)體激光吸收式瓦斯氣體檢測(cè)方法及其裝置》中所提出的方法，即將光譜吸收型傳感技術(shù)和光學(xué)諧振腔結(jié)合起來，研究基于高Q諧振腔方法的便攜式甲烷氣體傳感器。此傳感器的核心部分是對(duì)傳統(tǒng)光學(xué)甲烷氣體吸收腔進(jìn)

2、行改進(jìn)，這種基于高Q諧振腔方法的小型甲烷氣體吸收腔解決了傳統(tǒng)光學(xué)甲烷氣體傳感器中因?yàn)樾枰岫髿馐殷w積龐大的瓶頸，因此這一改進(jìn)在很大程度上可以取代傳統(tǒng)光學(xué)甲烷氣體傳感器中體積龐大的吸收氣室。 文中利用Ansoft HFSS仿真軟件對(duì)基于高Q諧振腔方法的小型甲烷氣體吸收腔進(jìn)行仿真，其仿真結(jié)果驗(yàn)證了光點(diǎn)是隨機(jī)分布在凹面鏡的較大面積上，而不是集中在一點(diǎn)或某幾個(gè)點(diǎn)上。因此解決了傳統(tǒng)光學(xué)甲烷傳感器中氣室因光點(diǎn)集中所積聚的大量熱量得不到

3、及時(shí)釋放而導(dǎo)致光學(xué)元件燒損的問題，大大提高傳感器的工作壽命；同時(shí)也解決了傳統(tǒng)光學(xué)甲烷傳感器中因散熱而要求氣室尺寸很大的問題。經(jīng)改進(jìn)的基于高Q諧振腔方法的小型甲烷氣體吸收腔，其最大特點(diǎn)是使用壽命長(zhǎng)、光學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，可以達(dá)到便攜的效果。這使得光學(xué)甲烷氣體傳感器不只是可以工作在實(shí)驗(yàn)室中，也可以應(yīng)用在實(shí)際的外界環(huán)境中，對(duì)甲烷氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)的檢測(cè)。同時(shí)文中通過對(duì)不同Q值諧振腔方法的小型甲烷氣室進(jìn)行仿真，仿真的結(jié)果均驗(yàn)證了場(chǎng)強(qiáng)在腔體內(nèi)的