基于光网络的多组分气体传感系统的设计与研究

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随着人口的增长、工业的发展,气体检测受到越来越多地重视。比如,在煤矿井下气体中,甲烷、二氧化碳等气体的浓度关乎着矿下作业矿工的生命安全,因此对井下气体的实时检测就变得十分重要;此外,机动车辆的增加、工农业有毒有害气体的排放加剧了环境恶化,气体检测对环境保护也具有重要的意义。随着气体检测技术的不断发展,气体检测方法也在不断的革新,例如电学式传感头等技术已经发展的相对成熟,得到了广泛的应用,而且工业化商用产品也非常丰富。然而,传统气体传感器受限于易受电磁影响、分散式分布、交叉干扰显著及组网成本高等问题,应用时有很大的局限性。而近些年得到大力发展的光电检测技术则大大的促进了气体检测技术的发展。光纤气体传感器作为新型气体检测设备,除了本质安全、工作寿命长、不受电磁干扰之外,还具备和光纤网络形成组网应用的优势,极大降低了大范围长距离传感网络建设的成本。本论文研究了两种基于光纤网络化的气体传感系统,针对两种光纤气体检测系统的优缺点,分别进行了理论分析和实验研究。首先,利用气体光谱吸收理论和差分吸收原理,进行了甲烷气体检测系统的系统设计和实验研究。通过光纤链路与光开关实现了对7路信号的实时检测,完成了样机的制作和工作性能测试,系统的检测精度达到了271ppm。针对研制的光纤检测系统中存在的工作稳定性、气体多样性以及全光传感器开发成本等问题,提出了一种基于光电融合的多气体检测系统。将光电调制技术与传统气体传感器相结合,并利用光纤网络对探测信息进行长距离传输和复用处理。对此进行了可行性分析和前期基础研究,完成了信号采集和传输部分的理论研究和实验测试。
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