基于时分复用的甲烷光纤传感网络研究

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由于环保压力的日益增大,天然气作为比煤、石油更清洁的化石能源越来越受到重视和广泛的利用。与此同时,天然气泄漏、爆炸等事故也层出不穷。气体光纤传感器在监测过程中,传感单元不会产生电火花,可以最大限度的避免易燃易爆气体发生爆炸。但是单个点的检测不适合在工业中大规模使用,因此气体光纤传感网络的研究成为焦点。文章以甲烷(CH4)气体为研究对象,根据传感网络的理论基础,分析其构建光纤传感网络的可行性,优化传感网络的拓扑结构,进行建模仿真,搭建多点光纤检测网络,验证传感网络的性能。  首先,基于Beer-Lambert定律和光谱吸收原理,研究了单点气体光纤传感器的工作原理和检测方法,并用MATLAB对单点甲烷气体光纤传感器进行建模和仿真,利用编程实现锁定放大器功能,提取二次谐波。理论上得出了气体浓度与二次谐波的峰峰值呈正线性关系。本文在单点检测的基础上,对比几种典型传感复用技术的优缺点,提出了基于时分复用的甲烷光纤传感网络模型。  其次,根据该模型,使用光环行器、光分路器设计了传感网络的光路部分。对光环行器、光分路器进行选型,对网络拓扑结构进行分析。设计了反射式气室。对光链路进行损耗实验,研究传感网络的遥测性能。  再次,根据时分复用和谐波检测理论,设计了光源控制与驱动电路,设计了微弱信号处理系统,完成了锁相解调电路硬件的设计。  最后,搭建传感网络样机平台。针对传感网络进行了原理验证实验,检测精度实验,响应时间实验和稳定度实验,并对实验结果进行了分析。
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