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(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，礦井、油田、電力系統(tǒng)安全保護(hù)以及環(huán)境保護(hù)成為越來越值得重視的問題。數(shù)以千萬計(jì)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(yán)重威脅，因此對這些氣體進(jìn)行快速、實(shí)時(shí)檢測對于工礦安全生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)有特別重要的意義。 光譜吸收法氣體傳感技術(shù)是當(dāng)今氣體檢測領(lǐng)域研究的一個(gè)重要前沿課題。以半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管作為光源的氣體傳感技術(shù)在靈敏度、選擇性、動態(tài)范圍、信噪比和響應(yīng)

2、時(shí)間等方面比傳統(tǒng)方法有更多優(yōu)點(diǎn)。在被測氣體的光吸收過程中，不同的氣體物質(zhì)有不同的吸收峰帶，即由于分子結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(biāo)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(jù)，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(diào)制法的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并搭建了實(shí)驗(yàn)平臺。通過實(shí)驗(yàn)論證，得出結(jié)論：兩種方法均可以滿足瓦斯?jié)舛葯z測的要求，但光強(qiáng)調(diào)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(qiáng)穩(wěn)定技術(shù)；LD和氣體吸收峰精確對準(zhǔn)技術(shù)；測量信號和參考信號的獲取與比值處理技術(shù)。本文對測量系統(tǒng)的光路、氣室以及電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，驗(yàn)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