| 【中文题名】 | 基于红外吸收法的光纤一氧化碳传感系统的研究 |
| 【英文题名】 | Research on Optical Fiber Carbon Monoxide Measurement System Based on Infrared Absorption |
| 【学科专业】 | 控制理论与控制工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-7-23 |
| 【中关键词】 | 光纤气体传感器,可调谐法布里-珀罗腔,红外吸收,谐波检测,, |
| 【英关键词】 | optical fiber gas sensor,tunable Fabry-Perot cavity,infrared absorption,harmonic detection, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化元件、部件>发送器（变换器）、传感器>传感器的应用 |
| 【论文摘要】 |
一氧化碳是火力发电厂锅炉烟气的重要成分,现场实时检测一氧化碳气体浓度对于锅炉安全运行、煤粉优化燃烧以及环境保护都有重要作用。本文首先利用光的干涉理论、多光束干涉理论分析了可调谐法布里-珀罗腔的工作机理,探讨了以一氧化碳为典型的双原子气体分子在红外波段的光谱吸收原理。通过比较一氧化碳在近红外波段和中远红外波段的光谱吸收特点,并考虑与光纤的低损耗窗口相一致和价格等因素,提出以价廉的LED(发光二极管)作为光源,设计出振荡电路对法布里-珀罗腔进行谐波调制,利用可调谐法布里-珀罗腔的选频特性进行检波,实现了对一氧化碳浓度的谐波检测。在理论分析的基础上,本文进行了光路、电路和气室的设计。在电路设计上采用锁相放大器来提取微弱信号,最大限度的抑制噪声,提高系统的信噪比。 |
| 【论文题纲】 |
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中文摘要 |
3 |
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英文摘要 |
3-6 |
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第一章 引言 |
6-14 |
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1.1 前言 |
6-7 |
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1.2 气体检测的基本方法 |
7-9 |
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1.2.1 气相色谱法 |
7-8 |
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1.2.2 光谱法 |
8 |
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1.2.3 半导体气体传感器 |
8-9 |
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1.3 气体传感技术的现状和存在的问题 |
9-10 |
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1.4 光纤气体传感器 |
10-13 |
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1.4.1 光纤气体传感器的基本类型 |
11-12 |
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1.4.2 吸收式光纤气体传感器的国内外研究现状 |
12-13 |
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1.5 课题研究的目的和意义 |
13-14 |
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第二章 气体红外选择性吸收机理及特性分析 |
14-21 |
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2.1 前言 |
14 |
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2.2 一氧化碳双原子分子红外吸收的基本原理 |
14-16 |
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2.3 气体分子光谱理论 |
16-19 |
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2.3.1 气体分子的振转能级结构理论 |
16-17 |
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2.3.2 气体分子的吸收线型和线宽 |
17-18 |
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2.3.3 气体分子吸收谱线的强度分布 |
18-19 |
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2.4 本章小结 |
19-21 |
|
第三章 系统建模及总体结构设计 |
21-33 |
|
3.1 前言 |
21 |
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3.2 差分吸收检测 |
21-25 |
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3.2.1 差分吸收检测原理 |
21-23 |
|
3.2.2 宽带光源LED的差分吸收检测 |
23-24 |
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3.2.3 窄带光源的差分吸收检测 |
24-25 |
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3.3 光源频率调制和谐波检测 |
25-31 |
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3.3.1 光纤法布里－珀罗干涉腔工作原理 |
25-28 |
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3.3.2 谐波检测原理 |
28-31 |
|
3.4 检测系统总体结构 |
31-32 |
|
3.5 本章小结 |
32-33 |
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第四章 吸收式光纤气体传感机理及特性分析 |
33-40 |
|
4.1 前言 |
33 |
|
4.2 光纤气体传感用光源 |
33-35 |
|
4.2.1 白炽光源 |
33-34 |
|
4.2.2 气体激光器 |
34 |
|
4.2.3 固体激光器 |
34 |
|
4.2.4 半导体光源 |
34-35 |
|
4.2.5 半导体激光器 |
35 |
|
4.3 光电探测器件 |
35-36 |
|
4.4 光纤的传输损耗特性 |
36-37 |
|
4.5 光纤与传感器件的耦合 |
37-38 |
|
4.5.1 光纤与光源和探测器的耦合 |
37 |
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4.5.2 光纤与气室的耦合及气室的设计 |
37-38 |
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4.6 光电信号变换与检测技术 |
38-39 |
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4.7 本章小结 |
39-40 |
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第五章 光纤一氧化碳检测系统的设计 |
40-54 |
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5.1 光源驱动系统的设计 |
40-42 |
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5.1.1 驱动电路设计 |
40-41 |
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5.1.2 控温与光功率稳定电路 |
41-42 |
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5.2 气体吸收微弱信号检测电路的设计 |
42-51 |
|
5.2.1 前置放大电路设计 |
42-45 |
|
5.2.2 滤波电路设计 |
45-48 |
|
5.2.3 锁相放大电路设计 |
48-51 |
|
5.3 单片机数据处理系统设计 |
51-54 |
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5.3.1 硬件电路设计 |
51-52 |
|
5.3.2 软件设计 |
52-54 |
|
结论 |
54-55 |
|
参考文献 |
55-58 |
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致谢 |
58-59 |
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在校期间发表论文和参加科研情况 |
59 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.383774 |
