本文關(guān)鍵詞：基于光纖微結(jié)構(gòu)和快速頻率調(diào)制激光光譜的氣體檢測方法

  更多相關(guān)文章： 氣體檢測 TDLAS 光纖微結(jié)構(gòu)傳感器 快速掃頻 乙炔

【摘要】：近年來,社會工業(yè)生產(chǎn)水平在不斷提高,人們的生活質(zhì)量也在不斷改善,但伴隨而來的由人們生產(chǎn)生活引起的環(huán)境污染問題也在愈發(fā)的嚴(yán)重,因此防治污染,保護環(huán)境,推行可持續(xù)健康發(fā)展已經(jīng)成為現(xiàn)階段最受關(guān)注的社會焦點。氣體污染作為最嚴(yán)重的幾種污染問題之一,其對于人們的身心健康以及生產(chǎn)生活都有極大的危害,因此對于快速、有效的氣體檢測技術(shù)的研究是非常有實際意義的。作為傳統(tǒng)的氣體檢測傳感方法,可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)有著光氣作用長度不足,氣池體積大而難以小型化,掃頻速度慢的局限性。本文針對這一問題提出TDLAS技術(shù)結(jié)合光纖微結(jié)構(gòu)傳感器和快速頻率調(diào)制技術(shù)的新型氣體檢測傳感方案,具體內(nèi)容如下:(1)闡述了吸收譜型氣體檢測方法的工作原理,并分析了不同狀態(tài)下的氣體吸收譜的變化趨勢;介紹了HITRAN在線模擬數(shù)據(jù)庫及其使用方法,為實際使用改進型TDLAS技術(shù)進行氣體檢測提供了理論基礎(chǔ)。(2)設(shè)計并搭建光纖微結(jié)構(gòu)加工系統(tǒng),利用普通單模光纖與光纖石英毛細管進行嘗試性加工,觀察加工結(jié)果并對加工系統(tǒng)進行調(diào)試與優(yōu)化,分析不同加工方法對加工結(jié)果的影響。設(shè)計并制作了一種利用1.4 m光子帶隙光纖作為容納待測氣體的微型氣池的光纖微結(jié)構(gòu)傳感器。搭建檢測光路,對其進行性能測試,測試結(jié)果與HITRAN模擬結(jié)果基本一致,證明了該傳感器能夠檢測極低的氣體粒子密度。(3)在傳統(tǒng)TDLAS技術(shù)的基礎(chǔ)上,利用外加射頻調(diào)制模塊實現(xiàn)快速掃頻,首次在通信波段觀測到乙炔氣體透射譜中的快速通過現(xiàn)象(Rapid Passage)。改變實驗條件,觀察了快速通過現(xiàn)象發(fā)生時間與氣池內(nèi)氣體粒子密度關(guān)系。改變實驗條件對抽至不同氣壓的乙炔氣體透射譜進行測量,觀察其透射率與氣體粒子密度的關(guān)系。利用電磁閥模擬一個氣體環(huán)境快速變化的動態(tài)過程,采集整個充氣過程透射率的變化,其結(jié)果能用比爾-朗伯定律解釋。
【關(guān)鍵詞】：氣體檢測 TDLAS 光纖微結(jié)構(gòu)傳感器 快速掃頻 乙炔
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X831;TN247;TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 課題的研究背景和目的意義9
• 1.2 氣體檢測方法分類簡述9-11
• 1.2.1 非光學(xué)式氣體檢測方法10
• 1.2.2 光學(xué)式氣體檢測方法10-11
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-19
• 1.3.1 TDLAS技術(shù)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3.2 光纖微結(jié)構(gòu)型氣體檢測傳感器研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3.3 光學(xué)快速掃頻技術(shù)研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3.4 論文提出改進方案19
• 1.4 論文主要內(nèi)容19-21
• 第2章 吸收譜型氣體檢測方法的基本原理21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 氣體分子的選擇吸收特性21-22
• 2.3 近紅外氣體吸收光譜發(fā)生原理簡述22-25
• 2.3.1 比爾-朗伯定律22-24
• 2.3.2 乙炔氣體分子的近紅外吸收光譜24-25
• 2.4 氣體分子吸收光譜線型及譜寬分析25-29
• 2.4.1 吸收線強25-26
• 2.4.2 洛倫茲線型26-27
• 2.4.3 高斯線型27
• 2.4.4 佛克托線型27-29
• 2.5 HITRAN數(shù)據(jù)庫介紹及乙炔吸收譜模擬29-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第3章 光纖微結(jié)構(gòu)氣體檢測傳感器的制備及其性能測試32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 組裝顯微光纖操作系統(tǒng)32-34
• 3.3 光纖微結(jié)構(gòu)氣體檢測傳感器設(shè)計方案34-36
• 3.4 光纖微結(jié)構(gòu)傳感器制作方法36-39
• 3.4.1 剝離光子帶隙光纖涂覆層36-37
• 3.4.2 制作光纖連接結(jié)構(gòu)37-39
• 3.5 光纖微結(jié)構(gòu)傳感器性能測試39-43
• 3.6 本章小結(jié)43-44
• 第4章 基于快速頻率調(diào)制激光的乙炔氣體吸收光譜測量44-59
• 4.1 引言44
• 4.2 吸收光譜快變信號產(chǎn)生原理44-47
• 4.3 傳統(tǒng)TDLAS氣體檢測方法測試結(jié)果47-48
• 4.4 乙炔氣體吸收光譜快變信號的測量48-53
• 4.4.1 光路系統(tǒng)設(shè)計及搭建48-49
• 4.4.2 實驗結(jié)果及其分析49-53
• 4.5 快速掃頻乙炔氣體透射譜測量53-58
• 4.5.1 快速頻率調(diào)制光路系統(tǒng)設(shè)計與搭建53-54
• 4.5.2 乙炔氣體粒子密度梯度實驗54-56
• 4.5.3 利用電磁閥模擬氣體環(huán)境快速變化的動態(tài)過程測量56-58
• 4.6 本章小結(jié)58-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻60-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文65-67
• 致謝67

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本文編號：812210