采用VCSEL激光光源的TDLAS甲烷检测系统的研制 被引量：17

1

作者 王彪 鹿洪飞 +4 位作者 李奥奇 陈越 戴童欣 黄硕 连厚泉 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期123-129,共7页

相比于使用DFB边发射激光器,采用VCSEL激光器作为检测光源的TDLAS激光气体检测系统,具有功耗低的优点。针对低功率下的TDLAS气体检测信号特点,结合VCSEL激光光源调制特性,自主开发了VCSEL激光器驱动模块、信号采集及处理模块,采用波长... 相比于使用DFB边发射激光器,采用VCSEL激光器作为检测光源的TDLAS激光气体检测系统,具有功耗低的优点。针对低功率下的TDLAS气体检测信号特点,结合VCSEL激光光源调制特性,自主开发了VCSEL激光器驱动模块、信号采集及处理模块,采用波长调制光谱(WMS)技术研制出了一套低功率甲烷(CH4)气体检测系统。选择了1653.7 nm附近CH4分子的吸收峰作为吸收谱线,采用锁相放大器提取二次谐波(2f)信号。实验研究了不同浓度的CH4检测的响应情况,记录2f信号的峰峰值并进行线性拟合,线性度为0.999 8。该检测系统在50~500 ppmv范围内,检测精度优于10%,检测下限为10 ppmv。对250 ppmv的CH4持续检测10 h,数值波动小于±2.4%。引入Allan偏差分析,初始积分时间为1 s时,Allan偏差为9.9 ppmv;积分时间达到359 s时,Allan偏差为0.06 ppmv,表征了系统良好的稳定度。 展开更多

关键词 VCSEL激光器 低功率 TDLAS WMS 甲烷浓度检测

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基于TDLAS技术与小波变换去噪算法的甲烷浓度检测 被引量：7

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作者 梁承权 吕德深 +1 位作者 朱浩亮 陆晓 《红外技术》 CSCD 北大核心 2023年第2期209-216,共8页

为进一步提高甲烷浓度检测精度,搭建了基于TDLAS(tunable diode laser absorption spectroscopy)技术的甲烷浓度检测实验系统,利用甲烷在波长1653.72 nm处吸收强度很高且可以最大限度消除其他气体干扰的特性,通过提取二次谐波信号实现... 为进一步提高甲烷浓度检测精度,搭建了基于TDLAS(tunable diode laser absorption spectroscopy)技术的甲烷浓度检测实验系统,利用甲烷在波长1653.72 nm处吸收强度很高且可以最大限度消除其他气体干扰的特性,通过提取二次谐波信号实现甲烷浓度检测。然后分别采用heursure硬阈值算法、heursure软阈值算法和sqtwolog固定阈值算法作为小波变换阈值算法,通过分析未去噪及小波变换去噪处理后得到的甲烷吸收信号谱图、甲烷二次谐波信号谱图、甲烷吸收信号的信噪比和均方根误差,优选sqtwolog固定阈值算法作为小波变换阈值算法。不同浓度的甲烷标气线性拟合实验及特定浓度的甲烷标气重复性实验结果表明:通过小波变换(采用sqtwolog固定阈值算法)能有效降低噪声干扰,去噪处理后提取的二次谐波信号与甲烷真实浓度拟合优度R^(2)为0.984,拟合效果更佳。采用TDLAS技术结合小波变换去噪算法,实现甲烷浓度检测的同时也能提高甲烷浓度检测精度。 展开更多

关键词 甲烷浓度检测 TDLAS技术 二次谐波信号 小波变换阈值算法 去噪处理

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基于不同宽带非相干光源的甲烷浓度测量研究

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作者 王禹涵 王坤阳 +3 位作者 徐时清 张军杰 王世锋 郭杰 《中国计量大学学报》 2024年第1期53-57,128,共6页

目的:研究非相干宽带腔增强吸收光谱(IBBCEAS)技术中所应用的不同类型宽带光源的性能差异对系统输出信号的影响。方法:搭建了直径2.54 cm,长30 cm的气池,通入体积分数为99.99%的甲烷气体,分别采用非相干宽带卤素光源和超连续谱光源入射... 目的:研究非相干宽带腔增强吸收光谱(IBBCEAS)技术中所应用的不同类型宽带光源的性能差异对系统输出信号的影响。方法:搭建了直径2.54 cm,长30 cm的气池,通入体积分数为99.99%的甲烷气体,分别采用非相干宽带卤素光源和超连续谱光源入射气池,通过光纤准直器耦合出射光进入近红外多模光纤,光纤接入近红外光谱仪测量吸收光谱。结果:两种光源的光学密度谱线对比显示超连续谱光源的光学噪声远大于卤素光源,其主要原因为超连续谱光源内部温度控制欠稳定导致输出功率在频域上出现较大波动造成的基线偏移。结论:相较于卤素光源,超连续谱光源具有光功率高,空间相干性好等诸多优点,但由于温度控制原因所导致的光功率输出不够稳定,导致该光源在IBBCEAS系统中的应用受到一定限制。 展开更多

关键词 非相干宽带腔增强吸收光谱技术 超连续谱光源 甲烷浓度检测 矿井安全

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基于双差分的高精度甲烷浓度探测系统 被引量：3

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作者 远双阳 苟瑞君 张楠 《江西师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2016年第5期465-468,共4页

现有的甲烷浓度检测系统大多采用窄带激光器、可调谐激光器等实现对甲烷特征波长位置的对准,虽然可以有效提高检测精度,但高性能激光器价格昂贵、结构复杂,难以满足实际应用中需要小型化、便携化以及低成本的要求.据此设计了一种基于双... 现有的甲烷浓度检测系统大多采用窄带激光器、可调谐激光器等实现对甲烷特征波长位置的对准,虽然可以有效提高检测精度,但高性能激光器价格昂贵、结构复杂,难以满足实际应用中需要小型化、便携化以及低成本的要求.据此设计了一种基于双差分的高精度甲烷浓度检测系统,设计了浓度差分转换窗口,可获取2组等效于窄带光对准的差分数据,从而实现了仅用宽带红外二极管作为光源的高精度甲烷浓度探测系统.分析了该系统的工作原理,推导了基于双差分的甲烷浓度函数,给出了双差分的算法流程.实验采用LSIPD型PIN光电二极管与C30659型红外探测器采集响应光强,利用GPro 500系列甲烷浓度检测仪作为标准检测设备对系统进行甲烷浓度检测误差分析.结果显示:当甲烷体积分数小于4.0%时,系统平均相对误差小于1.0%;当甲烷体积分数高于4.0%时,系统平均相对误差小于1.5%,验证了系统的可行性. 展开更多

关键词 光谱分析 双差分 甲烷浓度检测 浓度标定

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基于ZigBee无线传感器的井下甲烷浓度监测系统 被引量：2

5

作者 余海林 莫莉 +1 位作者 赵悦 喻洪平 《成都大学学报（自然科学版）》 2022年第2期146-150,163,共6页

为了克服传统检测方法存在的问题,提出了一种基于Zig Bee无线传感器网络的井下甲烷浓度监测系统.本系统的终端设备布置在井下巷道内,负责采集甲烷浓度信息,把感知到的物理量转换为电压模拟量,然后无线传送给路由器节点.路由器节点将各... 为了克服传统检测方法存在的问题,提出了一种基于Zig Bee无线传感器网络的井下甲烷浓度监测系统.本系统的终端设备布置在井下巷道内,负责采集甲烷浓度信息,把感知到的物理量转换为电压模拟量,然后无线传送给路由器节点.路由器节点将各终端设备发送过来的数据处理、汇总,然后转发给协调器.协调器通过串口方式将数据传输到地面监控中心.实验结果显示,本系统实现了甲烷浓度值收集、无线传输、浓度超限报警、浓度数据实时显示及历史数据存储等功能,可以直接在地面监控中心监控到井下的甲烷浓度,完成了井下甲烷的实时检测和安全监控.将本系统得到的检测值与专业检测仪器得到的检测值对比,相对误差仅在1%左右,具有良好的理论意义和实际应用价值. 展开更多

关键词 无线传感器网络 甲烷浓度检测 Zig Bee Lab View软件 CC2530模块 MQ-2传感器

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基于半导体激光器模式跳变的甲烷浓度检测方法研究 被引量：3

6

作者 张悦 张记龙 +2 位作者 李晓 王志斌 王鹏 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期62-65,共4页

基于单模半导体激光器的模式跃变特性,用两个不同的驱动电流交替驱动激光器使其交替输出两个波长相近的激光,一个位于甲烷的一个窄带吸收峰处,被甲烷吸收;另一个错开稍许,不被甲烷吸收,用作参考光束.光束通过气体吸收室后,经光电转换输... 基于单模半导体激光器的模式跃变特性,用两个不同的驱动电流交替驱动激光器使其交替输出两个波长相近的激光,一个位于甲烷的一个窄带吸收峰处,被甲烷吸收;另一个错开稍许,不被甲烷吸收,用作参考光束.光束通过气体吸收室后,经光电转换输出方波电信号,两个波长光的强度分别对应方波信号的顶部和底部,随甲烷浓度变化的光,与其相对应方波的顶部也将随着甲烷气体浓度的变化而变化;参考光束的光不被甲烷吸收,与其对应的方波的底部将不随甲烷气体浓度的变化而变化,于是方波的幅值与甲烷浓度成一一对应关系.由于二者的波长相近,当它们通过媒介气体时,尘埃引起的散射或者衰减基本相同,可以用数学方法将其消去.实验结果表明,该方法在不采用昂贵的数字锁相放大器,且气体吸收光程只有10 cm的条件下,达到了0.05%的探测灵敏度. 展开更多

关键词 分子光谱学 甲烷浓度检测 窄带吸收 半导体激光器跳模

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可调谐DFB半导体激光器的甲烷检测传感器 被引量：2

7

作者 苑彬 陈书立 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2020年第1期74-78,97,共6页

为提高甲烷浓度的检测精度,根据红外吸收光谱检测原理,推导了气体浓度跟二次谐波与一次谐波之比的关系,并利用可调谐DFB半导体激光器设计了甲烷浓度检测传感器。通过1 kHz的正弦电流叠加到激光器的电源进行调制,使光束扫描波长为3.312μ... 为提高甲烷浓度的检测精度,根据红外吸收光谱检测原理,推导了气体浓度跟二次谐波与一次谐波之比的关系,并利用可调谐DFB半导体激光器设计了甲烷浓度检测传感器。通过1 kHz的正弦电流叠加到激光器的电源进行调制,使光束扫描波长为3.312μm处的吸收峰,从而在碲镉汞红外探测器上产生谐波信号。同时,利用相敏检波技术设计了微弱信号处理电路,通过前置放大、带通滤波、相敏检波、直流放大等有效抑制了信道噪声,实现了对一次和二次谐波的高精度提取。实验结果表明:设计的甲烷浓度检测传感器具有较高的测量精度和稳定度,在0%~20%的量程上,最大误差不超过0.65%,平均误差仅为0.41%,可应用于在煤矿开采和化工生产中对甲烷泄漏的监测。 展开更多

关键词 甲烷浓度检测 可调谐半导体激光器 波长调制 微弱信号处理 锁相放大 相敏检波

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煤矿用激光甲烷检测报警仪

8

作者 姜蕴航 丁梓峰 刘鹏 《中国战略新兴产业（理论版）》 2019年第14期0179-0179,0182,共2页

设计了基于 TDLAS 技术的激光甲烷检测报警仪,采用 STM32 主控芯片对采集信号进行计算、分析、处理;具有 精度高、灵敏度高、响应快、长期免标校等特点。可准确检测甲烷气体浓度,对解决矿井全方位甲烷浓度监测问题、安全隐 患的防治与... 设计了基于 TDLAS 技术的激光甲烷检测报警仪,采用 STM32 主控芯片对采集信号进行计算、分析、处理;具有 精度高、灵敏度高、响应快、长期免标校等特点。可准确检测甲烷气体浓度,对解决矿井全方位甲烷浓度监测问题、安全隐 患的防治与消除、保障井下人员生产作业安全有着积极的意义。 展开更多

关键词 甲烷浓度检测 激光甲烷检测报警仪 TDLAS STM32

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瓦斯及有毒、易爆气体浓度检测仪的研究与开发

9

作者 张立萍 李庆利 张帆 《煤炭工程》 北大核心 2005年第8期98-100,共3页

近年来，我国煤矿多次发生瓦斯爆炸事故，瓦斯浓度检测已成为煤炭行业安全生产的突出问题。煤气作为一种可燃性、有毒气体，也是矿井大气中的重要组分，具有极强的危害性。随着单片机技术的进步，便携式仪器得到了迅速发展，其智能水平... 近年来，我国煤矿多次发生瓦斯爆炸事故，瓦斯浓度检测已成为煤炭行业安全生产的突出问题。煤气作为一种可燃性、有毒气体，也是矿井大气中的重要组分，具有极强的危害性。随着单片机技术的进步，便携式仪器得到了迅速发展，其智能水平也有了明显的提高，逐渐成为一类主流的测量仪器。本文阐述了多组分气体的测量原理、及其软件硬件实现，设计了一种能检测瓦斯、煤气浓度的实用仪器。该仪器作为便携式多功能仪器，采用可充电电池供电，显示气体浓度值，并具有声光报警功能。 展开更多

关键词 甲烷浓度检测 单片机 可燃气体检测 最小二乘法

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瓦斯抽采钻孔围岩漏气流场分析及漏气位置测定研究 被引量：7

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作者 郝晋伟 舒龙勇 +2 位作者 齐庆新 霍中刚 杨伟东 《煤炭工程》 北大核心 2019年第5期143-147,共5页

钻孔密封段漏气是降低钻孔抽采瓦斯浓度的主要原因。为分析钻孔围岩漏气流场分布特征并指导漏气位置确定,利用FLUENT软件对钻孔围岩漏气流场进行模拟分析,得出了不同钻孔密封条件下的围岩漏气分布及强度特征;同时,开发了钻孔束管式定点... 钻孔密封段漏气是降低钻孔抽采瓦斯浓度的主要原因。为分析钻孔围岩漏气流场分布特征并指导漏气位置确定,利用FLUENT软件对钻孔围岩漏气流场进行模拟分析,得出了不同钻孔密封条件下的围岩漏气分布及强度特征;同时,开发了钻孔束管式定点甲烷浓度检测装置,并给出了相应的漏气位置判定模型,并在现场进行试验分析。研究结果表明,钻孔密封深度和煤壁裂隙对钻孔密封段漏气具有明显控制作用,且高河能源W4301回风巷瓦斯抽采钻孔漏气主要由钻孔密封深度和长度不足及钻孔间距较小所致,增加钻孔密封长度后,平均单孔瓦斯抽采浓度可增加3～5倍,该研究成果对于快速分析钻孔漏气特性,并制定出相应的合理提浓措施具有重要的意义。 展开更多

关键词 瓦斯浓度 抽采钻孔 漏气流场 甲烷浓度检测装置 钻孔密封长度

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影响载体催化元件主要技术性能的因素及防治措施

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作者 陈金虎 《河北能源职业技术学院学报》 2012年第1期67-68,73,共3页

应用以催化燃烧法作为工作原理的便携式瓦斯检测报警仪和甲烷传感器占据了煤矿瓦斯检测仪器的主导地位,是煤矿动态监视矿井瓦斯浓度的有效工具。但在恶劣环境下使用寿命短,而且元件表面的催化剂易发生中毒等,本文对影响载体催化元件主... 应用以催化燃烧法作为工作原理的便携式瓦斯检测报警仪和甲烷传感器占据了煤矿瓦斯检测仪器的主导地位,是煤矿动态监视矿井瓦斯浓度的有效工具。但在恶劣环境下使用寿命短,而且元件表面的催化剂易发生中毒等,本文对影响载体催化元件主要技术性能的各种因素进行了认真分析和研究,并提出了防治措施,为正确使用和维护该类检测仪器提供指导作用。 展开更多

关键词 甲烷浓度检测仪 催化元件影响因素 防治措施

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