文档介绍：电子科技大学
硕士学位论文
基于光谱吸收法的光纤硫化氢气体传感器的研究
姓名:吴兵兵
申请学位级别:硕士
专业:光学工程
指导教师:戴基智
20100501
线是在处的一条孤立的转动吸收线舶兀淦紫呶涨慷仍嘉摘要随着近几年在生产生活中逍孤┦录钠捣ⅲ泄豀气体的安全问题日益成为人们关注的焦点,这对研制出可以实现在线实时、快速、高效、高灵敏度、低检测限的寮觳庀低程岢隽烁=羝鹊囊G蟆4车姆枪庋紿气体检测仪虽然可以达到较低的检测限,但是很容易受其它气体成分的交叉灵敏,而且其响应速度较慢,可重复利用率低,使用寿命较短,难以实时连续监测。如要实现大规模区域的分布式监测,采用传统的非光学式传感器将会十分昂贵。本文研究的宕ǜ衅魇腔诮焱夤馄孜赵淼墓庀似宕ǜ衅鳎艚岷微弱光电信号检测技术和光纤技术,可以满足生产生活中对寮觳獾母髦需要,而且,若与可调谐激光光源相结合,还可实现多种气体的分布式检测。本文基于气体近红外选择性吸收理论和瓸桑捎谜庠吹差分光谱吸收检测技术对褰屑觳狻N闹醒∪〉腍气体的中心吸收谱一/一;光源为窄带可调谐激光光源,其呖碓嘉;钠逦粘夭捎组由微型透镜组成的收池串联构成;由于光源功率的波动对气体检测的影响最大,本文采用信号光路和参考光路相比较的差分系统以消除该影响。通过对常温常压下逦掌椎姆抡娣治隹芍#篐气体在中心频率处的吸收系数约为ב唬紫叩恼箍砘浦饕J桥鲎布涌恚梢匝≡或咝妥魑狧气体的吸收线型。由于用于气体检测的す光源成本较高,本文设计并搭建了一种窄带可调谐光纤激光器,通过改变布拉格光栅的温度和长度来实现输出波长的调谐。实验测得该激光器的温度灵敏度和电压灵敏度分别是/℃和/W詈蠖韵低辰辛似逦帐笛椋验证了本系统对寮觳獾目尚行裕⑼ü莸牟饬亢湍夂洗矶韵低辰行了定标,通过分析得到本系统的气体灵敏度约为畉痯、:焱夤馄孜眨庀似宕ǜ衅鳎傻餍臣す馄鳎罘治占觳短程吸
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课题的目的与意义第一章绪论境安全和工业过程监控等众多应用领埘俊随着人们在人身健康和环境安全意识方面的提高,有关危险气体成分的实时在线检测的问题也日益成为人们关注的焦点。传统的检测技术通常是基于非光学的检测,如采用电化学和半导体技术上的点式传感器,虽然这些传感器可以达到足够低的检测限梢源锏絣柑寤琾,【浚钦庑┘觳夥法很容易受到其它气体成分的交叉灵敏和敏感膜表面污染等不利因素的影响,而且其响应比较迟钝,可重复利用率低,使用寿命较短,难以实现实时在线连续监测。如果要实现大规模工程区域进行监测,采用传统的非光学气体传感器进行分布式检测会十分的昂贵。基于光谱吸收的激光技术的气体探测器现在卤挥糜诨啾绕渌际酰庵旨际醺?煽浚系统运行成本更低,基本可以实现无人值守的连续工作,不存在表面污染问题。特别是利用气体近红外吸收的激光光谱吸收技术,将光通信中的近红外可调谐半导体激光器和光纤技术与基于波长或频率调制的高灵敏探测技术相结合,可以实现对环境中常见小分子气体的高灵敏快速检测【K淙唤焱夤馄浊杂ψ欧肿的泛频和组合吸收带,典型的吸收强度要比中红外波长区基频振动的吸收要小近二个数量级,但对于环境中大多数的痕量气体仍然可以实现,石体积考兜母吡槊艏觳猓乇鹗乔饣锲澹捎谄渚哂薪洗蟮姆切痴穸征,通常近红外是它们的第一泛频吸收带,通过与调制光谱技术的结合足以满足环境及安全检测的需要。近红外光谱区还有一个明显的优势就是与光纤的低损耗窗口獯渫该鞔翱~ヅ洌梢苑奖愕睦贸<牡ツ9庀私行远距离的传输和分束。这样使传感器能够实现光纤分布式的多点传输和检测,既可以实现对电子学噪声和化学危险的环境进行有效地检测,也可以大大降低单点检测的系统成本。本文主要研究基于近红外光谱吸收技术的缍疽兹计宓母吡槊艏觳夥法。迨枪ひ倒痰某<辈罚乇鹗窃谑突ち煊颉A蚧馐俏奚臭蛋气味的可燃气体,其爆炸界限是:下限为%体积百分数比舷尬第一章绪论
高灵敏检测,若采用多点式或分布式光光纤传感系鲥引,利用光纤作为光学传输介.。从表看出:且恢志缍酒澹词故俏⒘康钠宥匀颂宓奈害也是非常严重的。其毒性是的倍,是强烈刺激神经的毒气。在接触极高浓度硫化氢的时候,人体可能会发生“电击样劳觯此布涞沟兀缭馐艿击一样。,人的嗅觉敏锐性也很快会麻痹,因而,依靠嗅觉无法提供环境中迮ǘ鹊目煽烤尽名称浓度安全临界浓度或允许连续暴露∈倍匀国际标准浓度体不产生危害危险临界浓度允许分钟暴露死亡临界浓度吸一口气立即死亡年月日发生在重庆开县的硫化氢特大井喷事故致使酥卸舅亡、人住院治疗、蛴嗳吮唤艏笔枭仓谩⒅苯泳盟鹗Т蛟!年账拇ㄊ凸芾砭治氯井硫化氢串层中毒事故导致在乡镇小