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折射率调制光纤气体传感系统设计与研究

作　者: 贾林涛
导　师: 郭茂田
学　校: 郑州大学
专　业: 光学
关键词: 爆炸和火灾危险环境监测系统光纤传感技术本质安全折射率调制传感单元设计
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

爆炸和火灾危险环境是事故发生率较高地点,对社会安全、环境、人民生命财产和国家安全防护方面构成极大的危害,建立科学而严密的安全实时检测及管理体系势在必行,既能够有效地防止事故的发生,又能够避免造成环境污染、人员伤亡和经济损失。因此研究适用于爆炸和火灾危险环境中的探测手段势在必行。目前,光纤气体传感技术已被证明为在爆炸和火灾危险环境中是一种非常有效的气体检测方法。本文研究爆炸和火灾危险环境中安全检测的基本方法；介绍了光纤传感技术的原理和分类。在此基础上本文研究了一种基于折射率调制的光纤气体传感系统。该光纤气体传感系统具有简单的结构、低廉的价格、方便的操作等特点。根据实验室现有的仪器设备和实验条件,本人对所设计的折射率调制光纤气体传感系统进行了实验研究和现场(室外空气)长期观察,结果证明该光纤气体传感系统灵敏度高,稳定性和重复性较好,很好的应用于现场,有效地验证了系统的可行性。其具体内容分为以下五个章节分别描述：首先,我们介绍了光纤传感技术的发展和特点-本质安全,以及光纤气体传感技术的研究方法的分类,最后引出折射率调制光纤气体传感系统。第二章主要介绍了光纤传光原理和折射率调制光纤气体传感系统的基本理论,详细叙述了气体敏感薄膜的光学原理,概述气体敏感薄膜的制备工艺和气体敏感材料的发展历程。第三章重点介绍了基于分布反馈式(DFB)半导体激光器的光纤气体传感系统的设计,其内容包括：光源的选择、实验主要仪器性能的介绍和自发研制成功的微光学传感单元设计。第四章主要对所设计的光纤气体传感系统进行研究分析,其中主要包括对半导体激光器发射的光谱特性进行分析和对光纤损耗进行测试,并对汽油气体进行检测和室外长期观察实验,效果良好。最后介绍了折射率调制光纤气体传感技术在爆炸和火灾危险环境中的应用,以及本系统存在的问题需要进一步解决。对光纤气体传感技术在爆炸和火灾环境中应用提出了以后的研究方向,系统集成化、智能化、网络化、微型化有待进一步深入研究。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
1 绪论  10-24
  1.1 选题背景及意义  10-11
  1.2 爆炸和火灾危险环境中检测系统安全性问题  11-12
  1.3 光纤传感技术发展与特点  12-15
  1.4 光纤气体传感技术研究方法及分类  15-23
  1.5 本文研究的内容  23-24
2 折射率调制光纤气体传感系统原理  24-35
  2.1 引言  24-25
  2.2 光纤传光原理  25
  2.3 折射率强度调制理论  25-27
  2.4 气体敏感膜光学原理  27-29
  2.5 气体敏感膜的制备方法  29-32
  2.6 气体敏感材料的发展  32-33
  2.7 本章小结  33-35
3 光纤气体传感系统设计  35-44
  3.1 引言  35
  3.2 系统设计  35-36
  3.3 光纤气体传感系统光源  36-38
  3.4 主要实验仪器  38-42
  3.5 微光学传感单元设计  42
  3.6 本章小结  42-44
4 折射率调制光纤气体传感系统研究  44-51
  4.1 激光器光谱特性测试  44-45
  4.2 损耗测试  45-46
  4.3 汽油气体浓度实验分析  46-48
  4.4 表面污染研究  48-49
  4.5 光源波长漂移检测  49-50
  4.6 本章小结  50-51
5 结论与展望  51-54
  5.1 结论  51-52
  5.2 展望  52-54
参考文献  54-57
个人简历  57-58
致谢  58

折射率调制光纤气体传感系统设计与研究

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