【摘要】：隨著紅外探測(cè)技術(shù)的發(fā)展,氣體紅外熱成像探測(cè)技術(shù)在氣體探測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛。被動(dòng)式氣體紅外熱成像探測(cè)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、探測(cè)視場(chǎng)大、非接觸且動(dòng)態(tài)直觀等優(yōu)點(diǎn),可用于甲烷和天然氣的泄露探測(cè),逐漸成為了新的研究熱點(diǎn)。現(xiàn)有的被動(dòng)式甲烷氣體紅外熱成像探測(cè)系統(tǒng)僅能探測(cè)甲烷單個(gè)紅外特征吸收峰,同時(shí)探測(cè)兩個(gè)紅外特征吸收峰可以有效提升系統(tǒng)靈敏度。本文以單晶鍺為基底,Ge和ZnS為高、低折射率材料研制了一種紅外雙波段濾光膜,能夠在有效截止背景噪聲的同時(shí),滿足探測(cè)系統(tǒng)同時(shí)探測(cè)甲烷兩個(gè)紅外特征吸收峰的需求�；诒∧す鈱W(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論,以6.0μm為截止帶分界點(diǎn),提出了具有較高實(shí)驗(yàn)可行性的拆分設(shè)計(jì)方案;通過實(shí)驗(yàn)探究ZnS膜層折射率與離子束流的關(guān)系,獲得了折射率(3μm)小于2.20且薄膜穩(wěn)定性良好的ZnS膜層,拓寬了截止波段范圍并消除了截止波段上的刺峰,實(shí)現(xiàn)了前表面膜系的設(shè)計(jì);在后表面膜系設(shè)計(jì)中,選擇了有少數(shù)可控薄層的膜系設(shè)計(jì)結(jié)果,減少了非周期窄帶濾光膜的分析變量,降低了膜系物理厚度并提高了優(yōu)化效果,有效提高了后表面膜系的實(shí)驗(yàn)可行性。在膜系制備中,通過實(shí)驗(yàn)探究沉積溫度與Ge膜層聚集密度的關(guān)系,得到了滿足Ge膜層光譜穩(wěn)定性的最低沉積溫度,有助于獲取折射率更低的ZnS膜層;提出了環(huán)形ZnS膜料蒸鍍工藝,獲得了穩(wěn)定的ZnS的沉積速率,有助于穩(wěn)定ZnS的Tooling值并消除薄膜表面麻點(diǎn),該工藝能有效提高ZnS材料用于紅外濾光膜研制的可靠性,降低了紅外濾光膜系的制備難度并改善了薄膜外觀。通過兩次反演分析控制膜系設(shè)計(jì)階段引入的敏感薄層,使濾光膜較為容易地達(dá)到了光譜要求。經(jīng)測(cè)試,研制的雙波段濾光膜在3.31μm和7.67μm透過率分別為89.25%、81.97%,截止波段3.71~7.47μm和7.87~10μm的平均透過率分別為0.36%和0.36%。濾光膜通過了耐環(huán)境和光譜穩(wěn)定性測(cè)試,將其應(yīng)用在甲烷探測(cè)系統(tǒng)中有效提高了采集圖像的對(duì)比度,達(dá)到了提高系統(tǒng)的靈敏度的目的。
【圖文】：

第 1 章 緒 論的研究背景常見于石油、煤炭及天然氣資源的開采及化工生產(chǎn)之中，是一種重料，也是天然氣的主要組成成分。近年來，，我國(guó)的天然氣的開采和，目前通過將液化技術(shù)能夠很好地運(yùn)輸和存儲(chǔ)液化天然氣（LNG）活并促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)[1]。由于無法有效地對(duì)氣體泄漏進(jìn)行監(jiān)測(cè)和、LNG 運(yùn)輸及存儲(chǔ)的過程中易產(chǎn)生泄漏存在爆炸隱患，故近年來造成了傷亡及財(cái)產(chǎn)損失[2-3]；在石油、煤炭開采及化工生產(chǎn)、沼氣氣體泄漏導(dǎo)致的安全事故也時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅了人員的生命及程度避免和降低由于氣體的泄漏帶來的損失，發(fā)展甲烷氣體實(shí)時(shí)探變得日益重要[4-5]。

動(dòng)能級(jí)躍遷時(shí)對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外光吸收程度存在差異，不同的紅外特征吸收光譜。紅外特征吸收法精度較高，具有主動(dòng)光源干擾，穩(wěn)定性好。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，多用于用于實(shí)驗(yàn)度傳感器等[12]。像法包括紅外光譜成像法和紅外熱成像法，其中，紅外光譜成復(fù)雜，關(guān)鍵部件國(guó)內(nèi)還沒有突破技術(shù)封鎖[13-15]。而紅外熱成像紅外濾波器及紅外焦平面探測(cè)器直接檢測(cè)被測(cè)氣體產(chǎn)生的特定射特征信號(hào)，通過光電轉(zhuǎn)換和圖像處理將泄漏氣體轉(zhuǎn)換為人態(tài)且直觀地確定泄漏位置，并且能夠?qū)崿F(xiàn)氣體泄漏報(bào)警[16]。成像法有主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種結(jié)構(gòu)[17]，主動(dòng)式紅外熱成像法收光源輻射成像，具有靈敏度高、精度高等特點(diǎn)，但也具有探、體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本高等缺點(diǎn)。被動(dòng)式紅外熱成像法則成像，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、探測(cè)視場(chǎng)大、光譜范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。由于有主動(dòng)激光光源，容易受到背景雜光產(chǎn)生的噪音影響，因此對(duì)的要求較高，需要更好地截止背景噪音干擾。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN215;TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2604727