基于吸收光谱乙炔气体浓度在线检测系统的研究.pdf

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1、第23卷第2期传感技术学报V01．23No．22010年2月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSFeb．2010TheResearchofAcetyleneGasConcentrationOn-LineMonitoringSystemBasedonAbsorptionSpectraSHANGYing，WElYubing，WANGChang，LEITao，SONGZhiqiang(LaserResearch胁ofShandongAcademyofSciencesKeyLaboratoryof

2、OpticalFiberSensoringTechnologyofShanclongProvince，Jinan250101，China)Abstract：Tunablediodelaserabsorptionspectroscopytechniqueisqualitativeorquantitativegasanalysistech—nologywhichisobtainedfromthecharacteristicsofabsorptionlinesbasedongasabsorptionspectrausingdio

3、delaserwavelengthtuningcharacteristics．Alsoasetoflongdistanceon-linegasmonitoringsystemofacetylene(C2H2)isdesignedtomakeuseofharmonicdetectiontechniquewiththemultiplereflectionpoolontheextrac—tionofweaksignalprocessing．Throughtheexperimentitispossibletomonitorthec

4、oncentrationofacetylenequicklyandaccurately．Keywords：absorptionspectra；acetylene；concentration；harmonicdetectionEEACC：4150基于吸收光谱乙炔气体浓度在线检测系统的研究尚盈，魏玉宾，王昌，雷涛，宋志强(山东省科学院激光研究所山东省光纤传感技术重点实验室，济南250101)摘要：可调谐二极管激光吸收光谱技术是利用二极管激光器的波长调谐特性，获得被选定的待测气体特征吸收谱线的吸收光谱，从而对待测气体进行定性或定

5、量分析技术，与多次反射池相结合，利用谐波检测技术对所提取的微弱信号进行处理，设计了一套远距离在线测量乙炔气体监测系统，经过系统实验，能准确、快速地完成乙炔气体浓度的监测。关键词：吸收光谱；乙炔；浓度；谐波检测中图分类号：TN212文献标识码：A文章编号：1004—1699(2010)02—0171—04煤矿火灾制约着煤炭工业的健康发展，是煤矿特点，适用于煤炭自然发火等易燃易爆场合的气体安全生产的主要灾害之一¨，其中煤炭自然发火在线监测。又是煤矿火灾的最主要诱因，我国90％以上煤矿火1基本原理灾由煤炭自然发火引发。煤炭自然发

6、火随氧化过程而释放出一系列的气体产物，根据气体产物CO、当一束光强为，n的输入平行光入射到待测气体CH、C。H及链烷比、烯烷比等为主的标志气体指中时，光通过气体发生衰减。根据Lambe~．Beer定标体系来确定煤自然发火的进程或预测煤自然发火律_6J，输出光强，(t)与输入光强10(t)和气体浓度之的发展趋势．间的关系为本研究在分析乙炔气体红外吸收光谱特性的基，(￡)=1o(t)exp[一()CL](1)础上，将吸收式光纤传感技术、谐波检测技术及计算其中，Ot()为气体吸收系数，即气体在一定频率机数据处理技术相结合，研制了

7、一套高精度的乙炔处的吸收线型；￡是吸收路径的长度；C是待测气体气体浓度在线监测系统，该系统具有灵敏度高、响应的浓度。速度快等优点，特别是传感探头不带电，本质防爆的系统对半导体激光器的直流驱动电流上附加一项目来源：煤矿采空区自然发火火灾光线在线预测预报系统项目资助(2009GG10007016)收稿日期：2009—08—25修改日期：2009—11—20l72传感技术学报第23卷个缓慢变化的锯齿波周期扫频电流和一个幅度较小的正弦调制电流，光源的频率和输出光强也受到相应调制：=0+sinmt(2)，0(t)=／o[1+v／si

8、noJt](3)式中，为光源未经调制时的中心频率；为频率的调制幅度；叼为光强调制系数；to=27rf,f为电流调制频率。将式(2)和式(3)代入式(1)，则有：，(t)=Io[1+7／sintot]exp[一(0+Vrnsino~t)CL]图1乙炔气体监测系统结构图(4)2．1光源的选择在近红外波段，气