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基于衰荡光谱技术的双环路气体浓度测量系统的研究

作　者: 朱国芳
导　师: 李志全
学　校: 燕山大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 气体浓度 FLRDS技术 掺铒光纤放大器 自适应滤波 衰荡时间
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


工业生产过程中所排放的有毒有害、易燃易爆气体严重地污染着环境,威胁着人类的健康和工业的安全生产。因此,对有毒有害、易燃易爆气体进行实时检测具有十分重要的意义。光纤环形腔衰荡光谱(Fiber loop Ring-Down Spectroscopy, FLRDS)技术是在光腔衰荡光谱技术与光纤传感技术相结合的基础上,建立的一种具有超高灵敏度的吸收光谱技术,尤其适合痕量气体的检测。本文针对FLRDS技术在应用中存在的不足,提出了一种双环路气体浓度测量系统。具体内容包括:首先,分析了FLRDS技术的气体浓度传感原理,建立了相应的数学模型。介绍了FLRDS技术的优点,并讨论了一些主要因素对测量精度的影响。其次,设计了一种基于FLRDS技术的双环路气体浓度测量系统,分析了系统中关键器件的性能和工作原理。设计了光反馈环路对掺铒光纤放大器的增益进行控制,研究了放大自发辐射噪声对系统测量精度的影响,提出采用自适应滤波的方法对实验数据进行处理,并对自适应算法的滤波效果进行了仿真研究。最后,通过实验分析了所设计的光自动增益控制掺铒光纤放大器的增益特性,验证了该放大器的性能。对测量系统的整体设计进行了实验验证,选用CO气体,通过对比试验论证了自适应滤波方法对提高系统测量精度的作用。分析了光在不同浓度的CO气体中的衰荡规律,以及衰荡时间与气体浓度的关系。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-20
  1.1 引言  10
  1.2 气体浓度检测方法概述  10-14
    1.2.1 热催化法  11
    1.2.2 超声波技术  11
    1.2.3 气相色谱法  11-12
    1.2.4 光干涉法  12-13
    1.2.5 光谱法  13-14
  1.3 光腔衰荡光谱技术的研究进展及现状  14-18
    1.3.1 CRDS 技术的国外研究进展及现状  14-17
    1.3.2 CRDS 技术的国内研究进展及现状  17-18
  1.4 论文研究目的和主要内容  18-20
    1.4.1 论文的研究目的  18-19
    1.4.2 论文的主要内容  19-20
第2章 衰荡光谱技术的气体浓度测量原理  20-30
  2.1 吸收光谱技术  20-22
    2.1.1 气体分子的选择吸收特性  20-22
    2.1.2 吸收光谱技术原理  22
  2.2 腔衰荡光谱技术  22-25
  2.3 光纤环形腔衰荡光谱技术  25-29
    2.3.1 FLRDS 技术的浓度传感原理  25-27
    2.3.2 FLRDS 技术的优点  27-28
    2.3.3 影响FLRDS 技术测量精度的主要因素  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章 气体浓度测量系统设计  30-54
  3.1 测量系统结构框图  30-31
  3.2 系统主要组成器件  31-41
    3.2.1 光源  31-32
    3.2.2 光纤光栅  32-33
    3.2.3 可调衰减器  33-34
    3.2.4 光隔离器  34-36
    3.2.5 掺铒光纤放大器  36-41
  3.3 全光增益控制掺铒光纤放大器的设计  41-43
  3.4 气体浓度测量系统中ASE 噪声的滤除  43-52
    3.4.1 ASE 噪声对系统测量精度的影响  43-48
    3.4.2 自适应滤波  48-52
  3.5 本章小结  52-54
第4章 气体浓度测量系统的实验与分析  54-67
  4.1 实验设计  54-59
    4.1.1 CO 气体吸收峰的选择  54-55
    4.1.2 测量气室的设计  55-56
    4.1.3 EDFA 光自动增益控制的实验分析  56-59
  4.2 气体浓度测量系统的实验研究  59-65
    4.2.1 自适应滤波在气体浓度测量系统中的应用  60-61
    4.2.2 气体浓度测量的实验分析  61-65
  4.3 本章小结  65-67
结论  67-69
参考文献  69-74
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  74-75
致谢  75-76
作者简介  76

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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