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基于扫描激光器的光纤气体检测系统

作　者: 刘晓光
导　师: 王立新
学　校: 武汉理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 光纤传感技术 SLED SOA F-P 扫描激光器
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 164次
引　用: 1次
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内容摘要


伴随光纤通讯技术的成熟,光纤传感技术在近十几年得到突飞猛进的发展。作为光纤传感器的一个重要组成部分,光纤气体测量已经得到很大的关注,分布反馈式(DFB)激光器光纤气体传感器已经达到了非常高的精度,但是由于它可调范围窄,一种波长的DFB光源只能用于测一种特定的气体,加上其价格昂贵,所以国内外纷纷开始研究基于扫描激光器的光纤气体检测系统。本论文通过对比以SLED为光源的基于F-P的光纤气体检测系统,分析利用SOA光源和可调谐F-P滤波器设计的基于扫描激光器的新型光纤气体检测系统。主要从该系统的测量原理、数据处理方案设计、实验结果比较等方面进行详细阐述采用基于扫描激光器的光纤气体检测方法及其实际可行性。并对该系统通过比较不同信号强度、不同算法的测量结果,分析了信号强度、算法对系统的影响。对于实际应用起到了积极的指导作用。本论文所做的主要工作包括:1.介绍了HITRAN的使用、F-P腔的解调方法和数据采集卡UA302的接口函数。2.介绍了气体光谱吸收原理的研究以及光源的选择:选择SOA作为光源,设计了基于扫描激光器的实验方案。3.搭建了基于SLED和F-P光纤气体传感器的系统,以乙炔气体为例,在不同光强,不同算法的情况下进行了实验研究初步得到乙炔气体的浓度检测曲线,以便基于扫描激光器的光纤气体检测系统与之比较。4.构建了基于扫描激光器的光纤气体传感器的系统,包括光路部分、软硬件设计部分以及最后的信号处理部分。比较其与基于SLED和F-P光纤气体传感器的区别。并以乙炔气体为例,在不同算法的情况下进行了实验研究得到乙炔气体的浓度检测曲线,并与基于SLED和F-P光纤气体传感器系统进行了比较,说明了以SOA为光源的系统跟以SLED为光源的系统相比较的优势。5.对本文的总结,比较了该系统跟以DFB为光源的气体检测系统的优势,以及以后还要对该系列系统经行的研究期望。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 本课题相关的光纤气体传感器知识  9-11
    1.2.1 一般光纤传感器的介绍  9-10
    1.2.2 气体检测的光谱法  10
    1.2.3 光谱吸收式光纤气体传感器  10-11
  1.3 光谱吸收式的光纤气体传感器的国内外研究现状  11-13
  1.4 课题的目的、意义、主要研究内容  13-15
第2章 基于F-P光纤气体传感器相关知识  15-20
  2.1 各种气体吸收峰及HITRAN的介绍  15-16
    2.1.1 气体吸收峰的介绍  15
    2.1.2 HITRAN数据库简介  15-16
  2.2 数据采集卡UA302S的介绍  16-20
    2.2.1 UA302S的技术指标  17
    2.2.2 UA302S的接口函数介绍  17-19
    2.2.3 UA302S的D/A编程函数介绍  19-20
第3章 基于SLED和F-P光纤气体传感器的搭建  20-31
  3.1 基于F-P光纤气体传感器的原理及光路搭建  20
  3.2 光源模块及光源模块电路的介绍  20-22
  3.3 基于SLED和F-P的光纤气体传感器的实验  22-31
    3.3.1 第一次实验数据分析及结论  22-24
    3.3.2 第二次实验数据分析及结论  24-31
第4章 基于扫描激光器的光纤气体传感器设计  31-43
  4.1 SOA的介绍及应用SOA的必要性  31-32
  4.2 基于扫描激光器光纤气体传感器的光路设计  32
  4.3 基于扫描激光器光纤气体传感器的硬件设计  32-34
    4.3.1 光源模块的设计  32-33
    4.3.2 F-P驱动模块设计  33
    4.3.3 标准光栅恒温模块设计  33-34
    4.3.4 光电转换模块设计  34
  4.4 基于扫描激光器的光纤气体传感器软件设计  34-37
    4.4.1 粗调、微调部分的设计  35-36
    4.4.2 数据处理方法  36-37
  4.5 基于扫描激光器的光纤气体传感器的优势  37-38
  4.6 基于扫描激光器的光纤气体传感器的实验数据处理  38-43
第5章 总结与展望  43-46
  5.1 本文中系统与以DFB为光源的系统比较及优势  43-44
  5.2 本文所做的主要工作  44
  5.3 本课题还需进行的研究  44-46
参考文献  46-49
攻读硕士学位期间参与的项目及发表的论文  49-50
致谢  50

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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 > 集中检测与巡回检测系统
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