差分吸收式光纤甲烷气体传感器的研究.pdfVIP

3 结语 量，具有广泛的应用前景和重要的实际意义。 参考文献 用三点法不但可以得到简体的轴线情况，还可 以得到轮带的变形情况，这是目前各种动态测量方 [1]李学军，刘义伦，周国荣，曾滔．回转窑运行轴线动态测量时域分 法中都不能做到的。对上面三点法测量直径中的位 析法[J]．有色金属．2001，53(2)．45—48 [2]琚兴华，圆形建筑物圆心坐标和半径的测定[J]．地矿测绘2001 移传感器进行适当的选择还可以对简体进行测量， (1)．30—32 这样就实现了对筒体变形的动态i贝4量，从而减少因 [3]李志明，解鸿章．回转窑轴线测量技术研究及改进[J]．水泥工 停窑测量所带来的损失。另外，这种回转窑轴线测 程．2005(4)．18—2O 量方法及系统亦适用于其他类似回转机械的轴线测 差分吸收式光纤甲烷气体传感器的研究 樊凤杰 孟 宗 (燕山大学电气工程学院，秦皇岛066004) 摘 要 设计一种新型的利用吸收法实现快速测量气体浓度的光纤传感器，该传感器基于比尔一朗伯定律， 得到气体浓度与光强度变化的关系。利用差分吸收技术设计双光路双通道结构，消除了光源的不稳定性和光电器 件的零漂。同时，设计了锁相放大器，抑制了噪声，从而提高了该传感器的灵敏度和测量精度。 关键词 气体传感器；光电探测；差分吸收；甲烷；光纤 0 引言 在线遥测。 1 系统工作原理 甲烷是一种易燃易爆的气体，是许多气体和液 体燃料的主要成分，是重要的工业原料和日常生活 当光波通过气体介质时，部分光能量会被气体 的燃气，如天然气、沼气、液化石油气和瓦斯等。甲 吸收，剩余部分会继续按照原来的方向传播。所以 烷在空气中爆炸的浓度下限为5．3％，上限为15％。 通过充有待测气体的气室的光信号的强度会减弱， 影响工矿企业安全运行的一个主要因素是主要成分 而光强减弱的程度与待测气体的浓度有关，根据比 为甲烷的瓦斯气体引起的燃烧和爆炸。近年来，甲 尔一朗伯定律： 烷被认为是温室效应的最主要的气体成分之一，它 J( )：J0( )exp(一口 Lc) (1) 吸收红外线的能力是二氧化碳的15～30倍，而且空 气中甲烷气体的浓度每年大约以1％的速度增加。 式中：Io( )为输入光强度；I(a)为输出光强； 为 因此研究出一种能方便地检测出甲烷气体浓度的方 光的波长；C为待测气体浓度；L为光通过吸收介 法，及时检测出甲烷气体的浓度，对于工矿企业安全 质的长度；a 为单位长度的介质吸收系数。 运行、人身生命财产安全和环境保护都有着十分重 对式(1)进行变换可得： 要的意义。 近年来，随着光纤传感技术的飞速发展，光纤气 C_- ln (2) 体传感器也得到了广泛的研究和应用。它具有灵敏 度高、响应速度快、防燃防爆、不受电磁干扰、可以实 由式(2)可知，因为L为已知的定量，根据 值 现光信号的长距离传输和现场实时遥测等优点，所 可以得到a ，所以我们通过测定J0( )和I(a)就 以对光纤气体传感器的研究受到人们的广泛关注。 可以求出待测的气体浓度C。不同的气体有不同 本文正是利用