吸收型光纤CO气体传感器信号处理技术的研究

论文摘要

随着石油、天燃气工业和煤炭工业的发展,能源生产安全和环境污染等问题成为人们日益关注的焦点。对煤炭、冶金、铸造等工业生产和日常生活中产生的各种有毒有害、易燃易爆气体进行实时监测显得尤为重要。与传统的电式传感器相比,光纤传感器在使用过程中过程中不会产生电火花,更不可能引发爆炸,也不会发生老化和中毒现象。光谱吸收型光纤气体传感器因具有灵敏度高、响应速度快、分辨力高、抗电磁干扰、适用于易燃易爆的危险场合等优点,备受国内外研究学者的关注,在工业生产、环境监测等领域有重大的研究和实用价值。本文选择以一氧化碳(CO)气体作为研究对象,对光谱吸收型光纤CO气体传感器检测系统的关键技术和主要组成模块进行了研究。首先,根据气体分子的光谱吸收理论,分别对差分吸收检测和谐波检测这两种微弱信号处理技术进行了分析,最终确定了基于差分后谐波检测的光纤气体传感器的理论模型。然后,结合本设计的具体要求,对传感器系统的关键部分气室进行了设计,对传感器系统中主要的元器件,如光源、光电探测器等进行了合理的选择。接下来,通过运用现代光电检测技术和微弱信号处理技术,设计了传感器系统的微弱光信号检测模块,实现了前置放大电路、带通滤波电路和差分移向电路等。紧接着,又以虚拟仪器LabVIEW作为平台设计了传感器系统差分后的信号处理模块。系统设计完成之后,为了验证本设计的可行性和实用性,对其进行了实验实测,给出了最终的实验数据,并对实验结果进行了讨论,结果表明本设计达到了预期的要求。最后,全面总结了本次设计所完成的全部工作,并分析了其中的不足,展望了后期的研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源、目的和意义
• 1.2 国内外相关研究状况及其市场前景
• 1.3 本文的研究内容
• 2 气体红外选择性吸收机理及特性分析
• 2.1 引言
• 2.2 气体分子的光谱吸收特性
• 2.3 差分吸收检测
• 2.4 谐波检测
• 2.5 本章小结
• 3 基于差分后谐波检测的光纤CO 传感器总体结构设计
• 3.1 引言
• 3.2 气室的设计
• 3.3 光源的选择
• 3.4 光电探测器的选择
• 3.5 本章小结
• 4 传感器微弱光信号检测模块设计
• 4.1 引言
• 4.2 光电转换电路设计
• 4.3 前置放大电路设计
• 4.4 带通滤波电路设计
• 4.5 差分电路设计
• 4.6 微弱光信号检测模块总图
• 4.7 本章小结
• 5 信号处理系统
• 5.1 引言
• 5.2 虚拟仪器与LABVIEW
• 5.3 系统总体设计思路
• 5.4 数据采集模块设计
• 5.5 数据处理模块设计
• 5.6 数据存储模块设计
• 5.7 本章小结
• 6 系统实验及结果分析
• 6.1 引言
• 6.2 一氧化碳样机实验
• 6.3 实验结果分析
• 7 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表学术论文目录