基于可調(diào)諧激光技術(shù)的煤礦用乙烯痕量氣體檢測(cè)系統(tǒng)研究.pdf

1、我國(guó)很早就有煤炭，煤炭本身就具有很強(qiáng)的自燃性，在多樣化的煤田開(kāi)采中極易發(fā)生自然且自燃煤層的礦區(qū)分布較廣。而煤自燃早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)是防治煤層自燃的關(guān)鍵，乙烯對(duì)于煤炭火災(zāi)的預(yù)測(cè)測(cè)量其溫度范圍小，我們只需要判定是否在這個(gè)溫度范圍內(nèi)便可提前預(yù)測(cè)煤炭井下火災(zāi)的提前預(yù)知，所以將乙烯作為井下預(yù)測(cè)火災(zāi)的重要指標(biāo)氣體，它是最理想的煤炭火災(zāi)中期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)氣體。利用基于可調(diào)諧二極管激光吸收光譜學(xué)(TDLAS)的氣體檢測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確度高、響應(yīng)速度快,且在不需要

2、采樣的同時(shí)便可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)同時(shí)檢測(cè)和無(wú)需手動(dòng)標(biāo)定等優(yōu)勢(shì)，成為實(shí)時(shí)在線檢測(cè)氣體方法中發(fā)展速度最快的1種。本文研究的主要目的是開(kāi)發(fā)出適用于井下的痕量氣體乙烯檢測(cè)系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)能達(dá)到1×10-6以下檢出限的超痕量氣體檢測(cè)系統(tǒng)。而同時(shí)其他痕量氣體的檢測(cè)也大多數(shù)可以在本系統(tǒng)中實(shí)行，說(shuō)明了本系統(tǒng)具有很強(qiáng)的適用性，同時(shí)對(duì)痕量氣體檢測(cè)起到了參考作用。
　　通過(guò)對(duì)氣體分子吸收光譜本身特性的研究進(jìn)行分析并利用波長(zhǎng)調(diào)制法通過(guò)在激光器驅(qū)動(dòng)電流上加載高頻調(diào)制

3、信號(hào)而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光輸出頻率的調(diào)制，并對(duì)調(diào)制系數(shù)及調(diào)制頻率進(jìn)行優(yōu)選，并從仿真出的二次諧波的波形圖中完成在1626.03nm處的二次諧波峰值的濃度擬合，并從中推導(dǎo)出之間的擬合關(guān)系式;并利用小波變換方法實(shí)現(xiàn)噪聲去除和基線校正兩個(gè)問(wèn)題的同時(shí)解決;并通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)乙烯氣體吸收譜線受溫度和壓強(qiáng)的影響的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，并從中找出修正辦法。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的發(fā)射與接收單元、長(zhǎng)光程吸收池和電路系統(tǒng)3分進(jìn)行了設(shè)計(jì);同時(shí)設(shè)計(jì)了可進(jìn)行光程長(zhǎng)度的具有White池結(jié)構(gòu)

4、的長(zhǎng)光程吸收池;最終完成了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
　　最后通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)精度、本安性能、電磁兼容性能3方面做了效能測(cè)試。在檢測(cè)精度方面通過(guò)與氣相色譜儀的對(duì)比試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)4×10-6乙烯氣體的穩(wěn)定檢出;利用100×10-6標(biāo)準(zhǔn)乙烯氣體和配氣系統(tǒng)，在不同濃度下對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示穩(wěn)定后濃度的偏差小于2×10-6;通過(guò)重復(fù)性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)結(jié)果都小于1×10-6。為保證系統(tǒng)適用于井下易燃、易爆環(huán)境，對(duì)系統(tǒng)做了過(guò)流、過(guò)壓實(shí)驗(yàn)及短路試驗(yàn)，