分布式光纤气体传感器关键技术研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lyzhanhun
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随着工业的迅速发展,生产力的提高,人类的生活水平也得到了显著的提高,然而,伴随而来的是日益严重的环境问题。许多工厂排放出大量易燃易爆气体例如乙炔等,不仅危害工厂的生产安全,更严重威胁着人类的身体健康。  传统的气体监测方法是用点采样的湿式化学法,这些方法有采样时间长,过程复杂、系统不易更新等缺点,而光谱学方法具有快速、高灵敏度、高选择性、可实现在线连续监测等优势。研究基于光谱学方法的分布式光纤气体传感器技术对气体的自动连续监测具有重要意义。  本文研究了应用于分布式光纤气体传感器的各项关键技术。根据气体分子选择性吸收理论和比尔-郎伯定理,着重分析了乙炔气体在近红外波段的光谱特性和基于谐波检测理论的气体传感技术,给出了基于光谱吸收的分布式光纤气体传感器技术方案。由于气体的吸收谱线较窄,激光器的波长必须牢牢锁定在气体的吸收峰上,利用参考气室进行锁模,将携带有气体吸收信息的信号经过锁相放大电路,将其输出反馈给温控模块来控制激光器输出波长,使其对准气体的吸收峰。将波长锁定技术和成熟的OTDR技术相结合,针对分布式光纤气体传感器需要高峰值功率、波长可调谐、灵活控制发生速率、低时间抖动的超短脉冲光源,使用脉冲发生电路和强度调制器对激光进行强度调制。为了采集光纤中后向散射光信号,研制了高速度的APD光电探测模块和基于FPGA的数据采集模块。搭建了分布式光纤气体传感器系统光路,对OTDR模块和波长锁定模块进行了测试。
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