基于多次再入射光學(xué)諧振腔的甲烷氣體傳感器的研究.pdf

1、在我國，煤炭行業(yè)中的瓦斯災(zāi)害始終是煤礦安全生產(chǎn)的大敵，目前已成為制約煤礦安全生產(chǎn)的主要矛盾。在煤礦開采過程中，安全方面的隱患正在逐漸增多，瓦斯事故，特別是重大、特大瓦斯事故在煤礦事故中占的比例逐年升高，不容忽視。因此，實時檢測甲烷氣體(瓦斯的主要成分)的產(chǎn)生源、泄漏源及濃度，對工礦安全運行，人身安全及環(huán)境保護有著十分重要的作用。 本文創(chuàng)造性地提出將光譜吸收型傳感技術(shù)和光學(xué)諧振腔理論相結(jié)合的設(shè)計思路，將吸收光強與氣體含量之間的定量

2、關(guān)系與多次再入射光學(xué)諧振腔理論有機結(jié)合起來，設(shè)計了基于多次再入射光學(xué)諧振腔理論的光學(xué)甲烷氣體傳感器氣體吸收腔，以改進甚至可以取代傳統(tǒng)光學(xué)甲烷氣體傳感器中因為需要散熱而體積龐大的吸收氣室。本文設(shè)計的新型氣體吸收腔，在解決傳統(tǒng)氣室不宜散熱的問題的同時，在很大程度上減小了氣體吸收腔體的物理尺寸，而且光學(xué)結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高，檢測精度較高，受環(huán)境等外界因素影響較小，同時還有具有防電磁干擾，無污染，節(jié)約能量等優(yōu)點。較其他光學(xué)甲烷氣體傳感器而言，該甲

3、烷氣體吸收腔的最大特點是體積小，可以達到便攜的效果，使光學(xué)甲烷氣體傳感器不只是可以工作在實驗室中，也可以在實際外界環(huán)境中實時連續(xù)檢測甲烷氣體的濃度。這也是本文的創(chuàng)新點所在。 同時，本文根據(jù)比爾—朗伯(Beer-Lamber)定律和甲烷氣體的吸收譜線合理選擇系統(tǒng)光源，將應(yīng)用普遍，性能穩(wěn)定而且價格較為低廉的通信光源LED應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計中，降低了光學(xué)甲烷氣體傳感器的成本，使本文的設(shè)計方案的可行性得到提高；同時也創(chuàng)造性地提出了使用一定中

4、心波長的濾光片來解決因使用寬帶光源引起的檢測精度下降這一問題的新思路，從而使設(shè)計更具有實用性，這也是本文的創(chuàng)新點之一。 最后，本文論證了差分檢測理論，將雙波長單光路的差分檢測方法應(yīng)用于本文設(shè)計方案中，從而消除了由于光源不穩(wěn)定和光電器件零漂等因素對系統(tǒng)的部分影響，以達到對甲烷氣體的更為準確的實時連續(xù)檢測。 在提出理論設(shè)計思路后，本文根據(jù)現(xiàn)有的實驗環(huán)境，對設(shè)計系統(tǒng)進行了相關(guān)的測試，根據(jù)對實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，驗證了設(shè)計的可行