基于透射式气室的光纤CO传感器研究-机械工程专业论文.docx
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华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
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摘 要
一氧化碳气体(CO)无色无味,而且带有剧毒性,在家庭煤气泄漏及工业生产 中特别容易被忽略而导致中毒,严重时可致人死亡。因此,为了保证人们的生活安 全、工业生产安全,需要能快速准确地检测出 CO 气体浓度,及时发现事故隐患, 在超过危险浓度之前,就能够安全快速地撤离。
传统的检测方法往往存在很多缺点,而且无法适应恶劣的环境,光谱吸收式光 纤传感器主要是利用光来对气体进行检测,不易受恶劣环境的影响,因而更适合工 业生产基地,具有很好的发展前景。
本文基于 CO 于近红外区的光谱吸收特性及 Lambert-Beer 定律,提出了差分后
二次谐波幅值检测的方案,以达到有效消除不稳定因素影响及提高信噪比的目的, 同时提出了传感器的总体结构设计。
本文采用一种将自聚焦透镜组串联使用的透射式气室,能够解决光纤和分立光
学元件耦合问题,光电探测器能直接与透镜上的尾纤相连,且光纤传输损耗很小, 不受电磁干扰,适合远距离传输和恶劣环境下使用。同时,将透镜组串联,在未加 长气室条件下,加长了吸收光程,使得检测精度大大增加。
微弱信号检测部分,将差分后得到的信号与同频同相的“纯净”参考信号一同 送入相敏检波器,滤除噪声,得到有用信号。
最后,基于以上理论分析,搭建了实验平台,完成光纤传感器 CO 气体浓度检 测的实验,验证了此实验方案的可行性。
关键词:一氧化碳 红外光谱吸收 光纤气体传感器 透射式气室 微弱信号检测
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Abstract
Carbon monoxide (CO) is a kind of colorless, odorless, and highly toxic gas. A gas leakage in the home and industrial production are particularly easy to be overlooked and lead poisoning, and severe cases may cause death. Therefore, in order to ensure the safety of peoples lives and industrial production, we need to be able to quickly and accurately detect the CO gas concentration, by which accidents can be detected so that we can safely and quickly evacuate before the CO concentration arrive the dangerous level.
There are many shortcomings by the traditional detection methods, such as poor stability, low sensitivity, short life, and cannot be adapted to the harsh environment. The spectral absorption optical fiber sensor mainly uses the light to detect the gas, therefore it may be more suitable for harsh environment in industrial complex detection and has a good prospects.
This article presents the solution of harmonic detecti
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