發(fā)布時間：2020-03-28 18:09

【摘要】：隨著紅外探測技術(shù)的發(fā)展,氣體紅外熱成像探測技術(shù)在氣體探測領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛。被動式氣體紅外熱成像探測具有結(jié)構(gòu)簡單、探測視場大、非接觸且動態(tài)直觀等優(yōu)點,可用于甲烷和天然氣的泄露探測,逐漸成為了新的研究熱點�，F(xiàn)有的被動式甲烷氣體紅外熱成像探測系統(tǒng)僅能探測甲烷單個紅外特征吸收峰,同時探測兩個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,滿足探測系統(tǒng)同時探測甲烷兩個紅外特征吸收峰的需求�；诒∧す鈱W(xué)系統(tǒng)設(shè)計理論,以6.0μm為截止帶分界點,提出了具有較高實驗可行性的拆分設(shè)計方案;通過實驗探究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,實現(xiàn)了前表面膜系的設(shè)計;在后表面膜系設(shè)計中,選擇了有少數(shù)可控薄層的膜系設(shè)計結(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驗可行性。在膜系制備中,通過實驗探究沉積溫度與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,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)計階段引入的敏感薄層,使濾光膜較為容易地達到了光譜要求。經(jīng)測試,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)定性測試,將其應(yīng)用在甲烷探測系統(tǒng)中有效提高了采集圖像的對比度,達到了提高系統(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，，我國的天然氣的開采和，目前通過將液化技術(shù)能夠很好地運輸和存儲液化天然氣（LNG）活并促進了經(jīng)濟的增長[1]。由于無法有效地對氣體泄漏進行監(jiān)測和、LNG 運輸及存儲的過程中易產(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)致的安全事故也時有發(fā)生，嚴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)展甲烷氣體實時探變得日益重要[4-5]。

動能級躍遷時對不同波長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，多用于用于實驗度傳感器等[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器直接檢測被測氣體產(chǎn)生的特定射特征信號，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)氣體泄漏報警[16]。成像法有主動式和被動式兩種結(jié)構(gòu)[17]，主動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，但也具有探、體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本高等缺點。被動式紅外熱成像法則成像，具有結(jié)構(gòu)簡單、探測視場大、光譜范圍寬等優(yōu)點。由于有主動激光光源，容易受到背景雜光產(chǎn)生的噪音影響，因此對的要求較高，需要更好地截止背景噪音干擾。
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN215;TB383.2

【參考文獻】

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本文編號：2604727