光谱吸收型光纤一氧化碳传感器.pdf

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1、2010钲仪表技术与传感器2010第9期InstrumentTechniqueandSensorNo．9光谱吸收型光纤一氧化碳传感器朱珊莹，陈幼平，张冈，撒继铭(1．华中科技大学机械科学与工程学院，湖北武汉430074；2．武汉理工大学信息工程学院，湖北武汉430070)摘要：基于气体分子的近红外光谱吸收机理，研究一种可以检测一氧化碳的光纤气体传感器。对窄带光源DFBLD进行正弦波调制，建立差分吸收的数学模型，利用谐波技术实现气体浓度的检测。系统采用差分结构有效消除了光源光强噪声干扰以及光电器件的零

2、点漂移。实验结果表明，传感器性能稳定、灵敏度高、重复性好，并且不受其它气体的干扰。关键词：近红外；光纤传感器；一氧化碳；吸收光谱法中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2010)09—0001—03ResearchofOpticalFiberCOSensorBasedonAbsorptionSpectroscopyZHUShan—ying，CHENYou—ping，ZHANGGang，SAji-ming(1．SchoolofMechanicalScienceandEngl

3、neering，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China；2．SchoolofInformationEngineering，WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070，China)Abstract：Basedonthenearinfraredspectralabsorptionofgases，anopticalfibergassensorforthecarbonmonoxideconcen

4、—trationmonitoringwasdescribed．LoadtheDFBLDwithsinusoidalwave，establishedamathematicalmodelofdifferentialabsorp-tion，anduseedharmonictechnologyforthedetectionofgasconcentrations．Byusingdifferentialconstruction，itcaneliminatetheinfluenceofinterferingsig

5、nalscausedbythewaveofLD’Slightintension，andzeroshiftofphotoelectricdevice．Theexperimentalresultsindicatethatthesensorhasasteadyperformance，highsensitivityandgoodrepeatability，anditdoesnotsufferfromothergasesinterferences．Keywords：near—infrared；opticalf

6、ibersensor；carbonmonoxide；absorptionspectroscopy0引言CO主要是含碳物质不完全燃烧产生的，像汽车发动机、煤气灶、燃气灶等应用场合。传统检测CO的方法是电化学式、半导体式和催化燃烧式，存在电火花、爆炸、化学中毒和寿命短等缺点。基于光谱吸收原理的光纤气体传感器能适应恶劣的环境，并且克服传统气体传感器存在的缺点。如文献中所述，用光谱吸收的方法检测汽车尾气中CO、CO的含量。渡数／cinCO的吸收谱线如图1E3]所示，在中红外有很强的吸收系数，在近红外的吸收相

7、对较弱。但是，由于中红外的光纤非常图1CO的特征吸收谱线昂贵，中红外的光源性能不稳定等因素，昂贵的中红外传感器衰减。根据Beer—Lambert定律，出射光与入射光和气体的浓度难以投入到生产实践中来，而性价比相对较高的近红外光纤传之间的关系为感器则有巨大的应用前景。文中在分析一氧化碳近红外光谱，=，0exp[一aCL](1)的基础上，将光谱吸收技术、谐波检测技术及信号处理技术相式中：，为输出光强度；晶为输入光强度；OL为气体的吸收系数；结合，研制了光谱吸收型光纤气体传感器。为吸收路径的长度；C为气体

8、的浓度。1光纤传感器的理论基础由式(1)得1．1光谱吸收理论1C=七in(Io／I)(2)每种气体都有固有的吸收光谱。当光源的发射谱与气体的吸收谱相吻合时，就会发生共振吸收，其吸收强度与该气体从式(2)可知，如果气体的吸收系数、光程确定，气体的浓的浓度有关，所以，通过检测光谱的吸收强度就可以测量气体度只与光强的衰减程度有关。气体的吸收系数、光程与气体的的浓度。当一束光强为的输入平行光通过待测气体时，如果浓度成正比，所以为了提高检测的精度应尽量选择吸收系数较光源光谱覆盖