基于光纤衰荡腔的甲烷气体传感系统研究

论文摘要

光纤衰荡腔气体传感系统相比较其他气体传感系统有着明显的优点,成本低,远距离工作能力强,强大的电磁抗性等等,尤其是其组网能力,可组成传感网络,光传输巨量信息。随着波分复用、时分复用等技术的成熟,光纤衰荡腔气体传感系统可以进一步被简化从而降低成本。这些特性使它在工业和民生上的用途越来越广泛。光谱吸收传感技术的理论基础是气体红外吸收理论:每一种气体都有其特定的吸收峰群,不同的气体浓度对应不同的吸收强度。它存在明显的缺点:易受光强影响,吸收光谱易被背景光淹没。光纤衰荡腔气体传感系统的出现,弥补了这个缺点。研究光纤衰荡腔气体传感系统的算法,可以知道此技术不受光强变化影响,它是通过测量不同状态的衰荡时间值来达到传感目的,而且输入光为窄带脉冲光,这样背景光可以很容易的过滤掉。在传统光纤衰荡腔系统基础上,设计出基于光纤环形衰荡腔技术的气体传感系统和基于NOLM衰荡腔技术的气体传感系统。通过对组成系统的各器件如光耦合器、光隔离器、气室、掺饵光纤放大器、脉冲激光器、非线性光纤环形镜(NOLM)等的参数分析,深入了解了系统结构,指出实验结果影响因子。分别对两种系统进行了实验,通过调节器件参数优化系统,进一步验证了系统的可行性。最后对系统现在存在的问题,引入光源时分复用和波分复用技术,提高系统的稳定性和灵敏度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 气体传感技术概述
• 1.3 光谱吸收型光纤气体传感器国内外现状
• 1.4 论文的研究内容和结构
• 2 衰荡腔气体传感系统的测量原理与传统结构
• 2.1 衰荡腔气体传感系统的测量原理
• 2.2 衰荡腔气体传感系统的传统结构
• 2.3 本章小结
• 3 基于光纤环形衰荡腔技术的甲烷传感系统
• 3.1 基于光纤环形衰荡腔技术的甲烷传感系统结构
• 3.2 基于光纤环形衰荡腔技术的甲烷传感系统实验
• 3.3 本章小结
• 4 基于NOLM 衰荡腔技术的甲烷传感系统
• 4.1 基于NOLM 衰荡腔技术的甲烷传感系统结构
• 4.2 基于NOLM 衰荡腔技术的甲烷传感系统实验
• 4.3 本章小结
• 5 改进的光纤衰荡腔甲烷传感系统
• 5.1 基于波分复用的光纤衰荡腔传感系统
• 5.2 基于时分复用的光纤衰荡腔传感系统
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本论文工作总结
• 6.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献