光谱吸收式甲烷气体浓度检测理论与方法
光谱吸收式甲烷传感器说明书..
产品说明书GJG4型光谱吸收式甲烷传感器编写人员董雷，薛野，韦云波部门研发中试部日期2010-11-8版本号 1目录1GJG4型光谱吸收式甲烷传感器功能说明 (2)2GJG4型光谱吸收式甲烷传感器工作原理 (3)3BGD-16M各功能单元分析 (4)3.1光学/光电子部分 .............................................................................................. 错误！未定义书签。
3.1.1解调器光路.............................................................................................. 错误！未定义书签。
3.1.2梳状滤波器.............................................................................................. 错误！未定义书签。
3.1.3光纤光栅.................................................................................................. 错误！未定义书签。
3.1.4O波段扫频激光器 .................................................................................. 错误！未定义书签。
3.2电路部分 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。
甲烷检测仪器工作原理
甲烷检测仪器工作原理
甲烷检测仪器的工作原理是基于气体的化学反应和光学测量的原理。
首先，甲烷检测仪器通常会使用一种称为甲烷传感器的气体传感器。
甲烷传感器通常采用金属氧化物半导体（Metal Oxide Semiconductor，简称MOS）作为敏感元件。
当甲烷气体通过传感器时，甲烷分子中的CH4会与传感器表面的氧气发生化学反应，导致传感器的电阻值发生变化。
这个电阻值的变化与甲烷气体的浓度成正比，因此可以通过测量电阻值的变化来确定甲烷气体的浓度。
其次，甲烷检测仪器还可以基于红外吸收光谱原理进行测量。
红外光谱法是一种常用的非侵入式测量方法，可以通过检测特定波长的红外光被样品中的分子吸收的程度来确定甲烷气体的浓度。
在甲烷检测仪器中，一束包含甲烷吸收特征波长的红外光通过气体样品，然后通过光学元件进行检测。
被吸收的光量与甲烷气体的浓度成正比，因此可以通过测量吸收光量的变化来确定甲烷气体的浓度。
综上所述，甲烷检测仪器的工作原理主要包括甲烷传感器的化学反应和红外吸收光谱的测量原理。
这些原理能够有效地检测甲烷气体的浓度，并广泛应用于甲烷泄漏检测、燃气检测等领域。
甲烷气体检测原理与设计
甲烷气体检测原理与设计甲烷气体检测原理与设计目录概述 (3)第一章国内外研究现状 (4)一、甲烷检测简介 (4)1.1半导体式气体传感器 (4)1.2催化燃烧式气体传感器 (5)1.3热传导式气体传感器 (6)1.4基于相干光干涉的气体传感器 (6)1.5光声气体检测 (7)1.6基于红外吸收的甲烷气体传感器 (7)二、检测仪表 (8)1.7便携式瓦斯检测仪表 (8)1.8瓦斯自动监测监控系统 (10)1.9光干涉甲烷检测仪 (11)1.10传统光干涉甲烷检测器的不足 (12)第二章瓦斯检测仪的研究与设计 (14)2.1研究的意义和主要工作 (14)2.1.1研究的意义 (14)2.1.2主要工作 (14)2.2瓦斯检测的原理 (18)2.2.1载体催化元件 (18)2.2.2传统的检测原理 (23)2.2.3传统检测原理存在的问题 (24)2.2.4开关式恒温瓦斯检测技术 (26)2.2.5杨氏干涉原理 (29)2.2.6薄膜干涉原理 (31)2.2.7嵌入式光干涉甲烷检测仪光学原理 (34)2.2.8嵌入式光干涉甲烷检测仪智能读数原理 (35)第三章瓦斯检测仪的硬件选型与设计 (38)3.1瓦斯检测仪的基本组成 (38)3.2本安仪表的基本设计要求 (39)3.3本系统采用的防爆措施 (39)3.4单片机的选型 (40)3.5元器件选型 (42)3.5.1A/D转换器.......................................................................................42 3.5.2通信芯片选型 (43)3.5.3蜂鸣器选型和遥控接收头选型 (44)3.6加热采样电路的设计 (45)3.7电源模块的设计 (49)3.8单机片辅助电路的设计 (51)3.9红外接收电路的设计 (52)3.10声光报警电路 (53)3.11显示电路 (53)3.12电流/频率输出电路 (54)3.13通信电路的设计 (56)3.14开关量输出电路 (56)第四章瓦斯检测仪软件设计 (59)5.1软件设计概述 (59)5.2红外遥控解码 (62)概述煤矿井下开采过程中，从煤岩体内油出的所有气体统称为矿井瓦斯。
可调谐二极管激光吸收光谱法监测环境空气中甲烷的浓度变化
文章编号:025827025(2005)0921217204可调谐二极管激光吸收光谱法监测环境空气中甲烷的浓度变化阚瑞峰,刘文清,张玉钧,刘建国,董凤忠,王 敏,高山虎,陈 军,王晓梅(中国科学院环境光学与技术重点实验室,中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031)摘要 可调谐二极管激光吸收光谱(TDL AS )技术是利用二极管激光器波长调谐特性,获得被测气体在特征吸收光谱范围内的吸收光谱,从而对污染气体进行定性或定量分析。
通过该方法对环境空气中甲烷(CH 4)的含量进行了长时间的监测。
以室温下工作的近红外可调谐半导体激光器作为光源;使用多次反射池增加吸收光程来提高检测灵敏度;并且使用了二次谐波检测技术进一步降低了检测限,使检测限低于01087mg/m 3,满足了对环境空气中甲烷进行监测的需要。
关键词 光谱学;痕量气体监测仪;可调谐二极管激光吸收光谱;谐波探测中图分类号 O 433.5+1 文献标识码 ATunable Diode Laser Absorption Spectrometer Monitors the AmbientMethane with High SensitivityKAN Rui 2feng ,L IU Wen 2qing ,ZHAN G Yu 2jun ,L IU Jian 2guoDON G Feng 2zhong ,WAN G Min ,GAO Shan 2hu ,C H EN J un ,WAN G Xiao 2mei(Key L aboratory of Envi ronmental O ptics &Technology ,A nhui I nstitute ofO ptics and Fine Mechanics ,T he Chinese A cadem y of Sciences ,Hef ei ,A nhui 230031,China )Abstract Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDL AS )technique is a new method to detect trace 2gas qualitatively or quantificationally based on the scan characteristic of the diode laser to obtain the absorption spectra in the characteristic absorption region.It needs to combine with a long absorption path in the ambient trace 2gas measurements.It has a significant advantage not only in sensitivity but also in rapidity of response.The experimental results of monitoring of methane of the ambient air in a long time with a ground 2based portable TDL AS system are described ;it works with a room 2temperature near infrared tunable diode laser to measure methane in the ambient air ,the path length is lengthened by the multiple 2reflection cell to lower the detection limit ;and the second harmonic detection is used to lower the detection limit farther ;the detection limit is below 01087mg/m 3,that is enough to the monitoring of ambient methane.K ey w ords spectroscopy ;trace 2gas monitor ;tunable diode laser absorption spectroscopy ;harmonic detection 收稿日期:2004211217;收到修改稿日期:2005204229 基金项目:国家自然科学基金(10274080)和国家863计划(2003AA641010)资助项目。
矿用激光甲烷 测试方法
矿用激光甲烷测试方法
矿用激光甲烷（CH4）测试方法可以使用激光吸收光谱法（LAS）或激光诱导荧光（LIF）法。
1. 激光吸收光谱法（LAS）：这种方法使用一束激光通过待测气体（甲烷）样品。
激光可以在特定波长上被甲烷吸收，被吸收的激光强度与甲烷浓度成正比。
通过测量传输后的激光强度，可以计算甲烷浓度。
2. 激光诱导荧光（LIF）法：这种方法通过激光诱导甲烷分子
产生荧光来测量甲烷浓度。
激光在特定波长下激发甲烷分子，然后甲烷分子重新释放出荧光。
测量荧光的强度可以用来计算甲烷浓度。
这些方法需要使用激光器、光学系统和相应的检测设备。
在测试过程中，需要将待测气体送入样品室中，与激光相互作用，然后通过检测器测量激光强度或荧光强度。
通过与已知浓度的气体参照标准进行校准，可以得出甲烷浓度。
在进行测试前，还需要注意气体采样的准备工作，确保样品的纯度和代表性。
此外，测试人员还需要根据使用的具体设备和方法，遵循相应的操作规程和安全措施。
光谱吸收式甲烷传感器说明书
产品说明书GJG4型光谱吸收式甲烷传感器编写人员董雷，薛野，韦云波部门研发中试部日期2010-11-8版本号 1目录1GJG4型光谱吸收式甲烷传感器功能说明 (2)2GJG4型光谱吸收式甲烷传感器工作原理 (3)3BGD-16M各功能单元分析 (4)3.1光学/光电子部分 .............................................................................................. 错误！未定义书签。
3.1.1解调器光路.............................................................................................. 错误！未定义书签。
3.1.2梳状滤波器.............................................................................................. 错误！未定义书签。
3.1.3光纤光栅.................................................................................................. 错误！未定义书签。
3.1.4O波段扫频激光器 .................................................................................. 错误！未定义书签。
3.2电路部分 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。
基于特征吸收光谱的甲烷气体浓度静态检测方法研究
瓦斯浓度的环境下 会 产 生 中 毒 的 情 况， 需要时常校 正 。 热传导 法
［5］
相似， 输出信号微 弱 、 灵 敏 度 比 较 低， 所以在低浓度 瓦斯检 测 中 会 出 现 测 量 不 精 确 的 问 题； 光 谱 测 量 法
［6 ～ 8］
利用特征光 谱 原 理， 不 会 中 毒， 且 灵 敏 度 高、
收稿日期： 2009 － 09 － 21 基金项目： 国家自然科学基金（ 60378019 ） ． 作者简介： 付
中的
需要几十分 半导体气敏器件通 电 后 不 能 马 上 使 用， 钟到几天不定的恢 复 时 间， 不能连续工作或实时检 测； 热催化法
［4］
利用化 学 反 应， 灵 敏 度 高， 但在较高 由于其热导率和空气热导率比较
根据干涉条纹公式， 光程差函数如下： △ = n △ l = 2 ny tan β （ 2） n 是空气折射率， 式中， β 是平面 2 与垂直面的夹角， y 是斜角面的任意位置， 则可求出激光光谱分布有： E（ k） =
图 2 显示， 甲烷浓度变化随着 | I （ v ） － I 1 （ v ） | 的 增大而增大， 这表示当入射激光照射气室后， 出射激 光光强越弱则甲烷气体对其特征波长上的激光吸收 越强， 通过 HITRAN 数 据 库 可 以 查 出 甲 烷 气 体 在 任 意波长上的吸收系数， 并且气室长度也是已知的， 所 以两次的光强差只 与 甲 烷 浓 度 有 关 （ 其 他 气 体 的 影 响在甲烷特征波长上是很小的， 可以忽略不计） 。可实时响应 。1来自1． 1基本原理
基本原理 甲烷（ CH 4 ） 的 分 子 式 由 C － H 键 组 成， 由这种
分子键组成的有机物对光的特征吸收是由于分子键 伸缩振动产生 的 。 根 据 特 征 光 谱 吸 收 的 基 本 原 理， 甲烷只能吸收能量刚好等于两个能级能量之差的光 子， 而在井下的其他 气 体 由 于 不 同 的 分 子 结 构 而 吸
光纤光谱吸收式甲烷检测系统及自调校方法研究
Techniques of Automation &Applications光纤光谱吸收式甲烷检测系统及自调校方法研究*苟怡1,2（1.中国煤炭科工集团重庆研究院有限公司,重庆400039；2.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆400037）摘要:针对目前煤矿及管廊等甲烷传感器多采用热催化、红外原理进行检测,需人工定期校准问题,设计一种光纤光谱吸收方式进行甲烷检测系统。
该系统基于Beer-Lambert 定律,选择波1653.7nm 的DFB 激光器作为光源,利用光纤耦合器将光源引入测量气室和参比气室,采用参比气室的检测信号实时对系统进行精度校准,创新性研制成功一种自调校式甲烷浓度检测系统。
试验表明该系统研制的传感器无需人工标定,在连续工作达180d,测量标准浓度76.5%vol,室温状态下测量误差为±5%。
基于该技术进行测量气室阵列扩展,可实现多达64个测量气室阵列,测量气室部分无源,本征安全,特别适用于煤矿瓦斯抽放管道计量、城市管廊燃气仓等防爆区域扩展应用。
关键词:自调校式;分束器;光谱吸收;甲烷浓度;参比气室;测量气室中图分类号:TP274+.5文献标志码:A文章编号:1003-7241(2019)05-0125-04Study on Optical Fiber Spectral Absorption MethaneDetection System and Self Calibrated MethodGOU Yi 1,2(1.Chongqing Research Institute of China Coal Technology &Engineering Co.,Ltd.,Chongqing 400039China ；2.National Key Lab for Gas Disaster monitoring and Emergency Technology,Chongqing 400037China )Abstract:A self-adjusting methane concentration detection system is developed by using the real-time detection signal of referencegas chamber to calibrate the accuracy of the system.Experiments show that the sensor developed by this system does not need manual calibration.It can work continuously for 180days,measure the standard concentration 76.5%vol,and the measurement error is (+)5%at room temperature.Based on this technology,64measuring chamber arrays can be real-ized.The measuring chambers are partly passive and intrinsically safe.It is especially suitable for expanding the applica-tion of explosion-proof areas such as coal mine gas drainage pipeline metering and city gas bunker.Key words:self calibrating type;beam splitter;spectral absorption;methane concentration;reference gas chamber;measuring gas chamber*基金项目:2017年重庆市社会事业与民生保障专项一般项目(编号cstc2017shmsA0603);2017年中煤科工集团科技创新基金项目(编号2017ZD005)收稿日期:2018-05-081引言目前甲烷气体探测器多采用催化燃烧、红外原理可燃气体报警器。
甲烷气体浓度测量的研究
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宫昼 宝研 亩与拓 森
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第３ ６卷 第 ７ Ｉ ９ 】 ２ ０ １ ７ ｒ ７
一 一 １
文章 编号 ： ｌ ０ ０ ６—７ １ ６ ７ （ ２ ０ ｌ ７） ０ ７—０ ０ ２ ７—０ ４
Ｒｅ ｓ ｅ ａｒ ｃ ｈ ｏｎ Ｍｅ ｔ ｈ ａｎ ｅ Ｇａ ｓ ＣＯｎ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ Ｏｎ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅｍｅｎ ｔ
Ｉ ¨ ＿ 、 ＿ Ｇ ， Ｊ Ｉ ｌ ｌ ７
ｔ ｉ ｌ ｎ Ｐ ｉ ｓ ｉ ｎ ｖ ｍ‘ ｓ ｅ １ ￣ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｎ ｕｎ ｌ ｂ ｅ ｌ ’ ｏ ｆ ｔ ｉ ｍｅ ｓ，ａ ｌ ｌ （ ｔ ｉ ｓ ｐ Ｉ ’ ｏ ｐ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｎ ｌ ｅ ａ Ｓ ｔ ｌ ｌ ’ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｒ ｉ ｎ ｇ 一 【 １ （ ） ｗｌ １ ｔ ｉ ｍ（ ．、 １ ｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ
摘 要 ： 为 了改 进 甲 烷 气 体 浓 度 测 量 实 时 性 和 灵 敏 度 ， 采 用环 形腔 衰荡技 术设 计 了
基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量
2020年11期技术创新科技创新与应用Technology Innovation andApplication图1CRDS 装置示意图基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量焦建瑛，张涛，王嵩梅，何少平（北京市燃气集团有限责任公司，北京100035）引言甲烷（CH 4）是一种温室气体，并在大气化学方面担负着重要作用[1]。
在海洋中，甲烷水化物在受到温度或压力变化时，会释放甲烷气体[2]。
另外，海洋中一些微生物新陈代谢过程也会产生或消耗甲烷[3]。
所以，甲烷浓度测量对于温室效应监控、天然气水合物勘探、海洋生态环境研究具有重要意义。
不论是大气中还是海洋里，甲烷均属于痕量气体。
在痕量气体浓度测量方面，腔衰荡光谱技术（CRDS ）作为一种具有高灵敏度和高光谱分辨率的直接吸收光谱测量技术被人们所关注[4]。
由于其谐振腔结构的使用，使待测气体在有限空间内的吸收光程长达km 量级。
从原理角度分析，CRDS 还具有对光源光强起伏不敏感，可自标定等特点。
自1988年，Anthony O'Keefe 和David A.G.Deacon 使用脉冲激光器进行了首次气体吸收光谱测量，提出了腔衰荡光谱技术（CRDS ）[5]。
到1997年，D.Romanini 等人通过声光开关（AOM ）及压电陶瓷位移控制器（PZT ）解决了连续光源（CW ）在CRDS 中的实现问题[6]，并将激光二极管（LD ）引入CRDS 中[7]；之后于1999年，发表了关于使用分布反馈式激光二极管（DFB-LD ）实现CRDS 测量痕量气体的文章[8]。
目前，采用激光二极管CRDS 对大气中痕量气体进行测量已成为一种较为普遍的手段[9-11]。
本文将采用腔衰荡光谱技术，对大气中甲烷浓度进行测量，并分析实验中出现的现象。
1原理及实验腔衰荡光谱技术测痕量气体浓度是基于气体分子对光的吸收作用。
在一个稳定谐振腔中，均匀得分布着待测气体，经过模式匹配的激光在谐振腔中形成稳定振荡，腔内光强衰减主要因为待测气体的吸收损耗和腔镜的透射损耗。
tdlas原理检测甲烷气体 量程
tdlas原理检测甲烷气体量程TDLAS是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy（调谐二极管激光吸收光谱）的缩写，它是一种用于检测和测量气体浓度的技术。
TDLAS技术基于分子吸收光谱原理，利用激光在不同波长处的吸收特性来测量气体浓度。
与传统的检测技术相比，TDLAS具有高分辨率、高灵敏度和实时性，因此被广泛应用于工业、环境和安全等领域。
TDLAS技术基本原理是利用调谐二极管激光器的能量调整特性，通过光路系统将激光通过待测气体中，然后依据被测气体的吸收特性，利用光谱学原理，测量气体的浓度。
当激光通过待测气体时，被测气体中的分子会吸收特定波长的光，这种吸收呈现出特征的吸收线。
基于这个原理，通过检测吸收光的强度变化，可以计算出待测气体的浓度。
TDLAS的量程是指它可以测量的气体浓度范围。
量程的选择应根据具体应用需求来确定，不同的应用场景可能需要不同的量程。
一般来说，TDLAS的量程可以覆盖从ppb（百分之一十亿）到%（百分之一）级的浓度范围。
这使得TDLAS在许多不同的应用环境中都可以使用，如空气质量监测、燃烧过程控制、工业气体检测等。
TDLAS技术具有许多优点，使其成为气体检测和测量领域的主要技术之一。
首先，TDLAS具有高分辨率和高灵敏度，能够对微量气体进行精确测量，这在许多应用中是必要的。
其次，TDLAS具有快速响应时间和实时性，在许多需要及时调整的应用中非常有用。
第三，TDLAS技术具有非接触性，无需直接接触被测气体，避免了传统方法中可能产生的污染和交叉干扰。
最后，TDLAS技术非常稳定可靠，具有长期稳定性和准确性。
TDLAS技术在不同领域有许多应用。
在环境领域，TDLAS可用于监测和测量大气中的甲烷浓度，以帮助研究和预防温室气体的排放。
在工业生产中，TDLAS可用于监测燃烧过程中的烟气组分，帮助控制和优化燃烧效率。
在化学工业中，TDLAS可用于质谱仪和气相色谱仪中的气体分析。
基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量
基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量1. 引言1.1 研究背景传统的甲烷浓度测量方法存在着测量范围狭窄、准确性不高等问题，而基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量方法则具有高灵敏度、高分辨率和快速响应的优势。
腔衰荡光谱技术的原理是利用光腔共振效应增强光吸收信号，从而实现对目标物质浓度的高精度测量。
基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量具有重要的研究意义和应用价值。
通过对大气中甲烷浓度的准确监测，可以为全球变暖和气候变化问题的研究提供有力支持，为环境保护和可持续发展贡献力量。
1.2 研究意义大气甲烷是一种重要的温室气体，对地球的气候变化有着重要的影响。
随着工业化的快速发展和人类活动的增加，大气中甲烷浓度不断上升，加剧了全球变暖的趋势。
准确监测和测量大气中的甲烷浓度是非常必要的。
传统的大气甲烷监测方法存在着准确性不高、采样周期长、操作复杂等缺点，而基于腔衰荡光谱技术的测量方法具有非常高的准确性和灵敏度，可以实现实时监测、高分辨率的甲烷浓度测量。
这种技术的应用可以帮助我们更好地理解大气中甲烷的分布和变化规律，为全球气候变化研究提供重要的数据支持。
基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量具有重要的研究意义，不仅可以帮助我们更好地了解气候变化的影响机制，也可以为环境监测和气候预测提供重要的科学依据。
通过深入研究和应用这项技术，可以为保护地球环境、应对气候变化提供有力支持。
2. 正文2.1 腔衰荡光谱技术原理腔衰荡光谱技术是一种基于光学腔体和光学谐振的测量技术，它利用光学腔的谐振模式来检测样品中的分子浓度。
在腔衰荡光谱技术中，样品中的分子吸收特性会引起腔内光场的衰减和频率变化，通过测量这些变化可以推导出样品中分子的浓度。
腔衰荡光谱技术的原理基于腔内光场的强度与波长的关系。
当激光光源发射的光进入腔体时，只有满足腔内驻波条件的特定波长的光才能在腔内形成稳定的驻波模式。
而样品中吸收特性会导致腔内光场的强度发生变化，从而改变腔内驻波的频率。
如何检测甲烷气体浓度的流程
如何检测甲烷气体浓度的流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量
基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量
大气甲烷是一种温室气体，其浓度的变化对全球气候变化有着很大的影响。
因此，准
确测量大气甲烷浓度对于了解全球气候变化趋势、环境污染控制等领域都有着重要的意义。
传统上，大气甲烷浓度的测量方式主要是通过采集气体样品，并通过色谱仪等设备进
行分析。
这种方法需要定期采取大气样品、分离和测量，而且需要高昂的设备和操作成本。
近年来，基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量方法开始被广泛研究和应用。
该技
术通过将样品气体引入一个封闭的腔体中，利用激光通过这个腔体，测量腔衰荡光的强度
和谱线位置的变化，以确定大气甲烷浓度。
腔衰荡光谱技术有着多种优点。
首先，它可以实现实时测量，不需要定期采集样品。
其次，该技术测量精度高，可以测量到相对较低的甲烷浓度，对于准确了解大气中甲烷浓
度变化趋势有着重要的作用。
另外，腔衰荡光谱技术对于样品气体的准备有着较高的要求，可以排除外界因素的影响，降低误差。
尽管腔衰荡光谱技术具有多种优点，但是仍然存在着一些问题和挑战。
首先，该技术
需要高精度的激光和腔体，成本较高。
其次，腔衰荡光谱技术对环境温度和压力的变化比
较敏感，在野外等复杂环境下的应用还需要进一步研究。
总之，基于腔衰荡光谱技术的大气甲烷浓度测量方法具有广阔的应用前景，随着相关
技术的不断改进和创新，其应用领域也将不断扩展和深化。
光谱吸收式甲烷气体浓度检测理论与方法
谐波 ( f)和二次谐波 ( 2f)的系数分别为
If = m I0 I2f = - kα0 LC I0 式中
(9) ( 10 )
k
=
2〔2
+ x2 x2 ( 1
2 (1 + x2
+ x2 ) 1/2
)
1/2
〕
( 11 )
k为 x的函数 , x可以被调节到二次谐波的最大
值 ,当二次谐波取得最大值时 , dk / dx = 0,则 :
x = ( 2 + 2 2) 1 /2≈ 2. 2
( 12 )
这种条件下 , k = 3. 43。可见 , 一次谐波分量主
要由强度调制引起 ,幅度正比于光源的平均功率 ,与
气体浓度没有关系 。二次谐波信号与气体的浓度和
初始光强有关 ,检测二次谐波信号可以获得气体浓 度信息 。
由式 ( 9) 、式 ( 10)得 :
[ 3 ] S. D. Bom se, C. A. Stanton, A. J. Silver. Frequency Modulation and W avelength Modulation Spectroscop ies [ J ]. App lied Op tics, 1992, 31 (6) : 718 - 730.
由式
( 1 )可得
C
=α(1v) L ln
I0 ( v) I ( v)
(2)
式 (2)表明 , 如果 L 与 α( v)已知 , 通过检测 I
( v)和 I0 ( v)就可以测得气体的浓度 ,这就是光谱吸
收方法检测气体浓度的基本原理 。图 1为检测原理
3. 4 加强揭穿煤层期间支护 防止井壁四周煤体失 稳诱发煤与瓦斯突出
激光光谱吸收检测甲烷的方法
激光光谱吸收检测甲烷的方法
激光光谱吸收是一种常用于甲烷检测的方法。
该方法基于甲烷分子对特定波长的激光光束的吸收特性。
具体步骤如下：
1. 选择合适的激光器：选择能够产生甲烷吸收波长范围内的激光器。
常用的激光器包括二极管激光器、CO2激光器等。
2. 调谐激光波长：调整激光器的波长，使其与甲烷分子的吸收波长相匹配。
3. 激光光束通过气体样品：将激光光束引导到含有甲烷气体的样品室中。
激光光束穿过气体样品，其中的甲烷分子会吸收部分激光能量。
4. 探测光强变化：检测穿过气体样品后的激光光束的光强变化。
甲烷分子吸收光的数量与其浓度成正比，因此光强的变化可以用来测量甲烷的浓度。
5. 数据处理和结果输出：将检测到的光强变化转化为甲烷浓度，通常使用吸收谱线强度与浓度的标定曲线进行处理。
激光光谱吸收检测甲烷的方法具有高灵敏度、快速响应和准确性等优点，可以应用于环境监测、燃烧排放控制等领域。
气体浓度检测方法
气体浓度检测方法
气体浓度检测是一种非常重要的技术，它可以用于检测空气中的各种气体浓度，包括有害气体、可燃气体、氧气等。
这些气体的浓度对于人类的健康和安全都有着重要的影响，因此需要进行及时的检测和监测。
下面我们将介绍几种常见的气体浓度检测方法。
1. 传感器检测法
传感器检测法是一种常见的气体浓度检测方法，它利用传感器对气体浓度进行检测。
传感器可以根据气体的化学性质、电学性质、光学性质等来进行检测。
传感器检测法具有响应速度快、精度高、可靠性好等优点，因此被广泛应用于气体浓度检测领域。
2. 色谱法
色谱法是一种基于气体分离和检测的方法，它利用色谱柱将气体分离成不同的组分，然后通过检测器对各组分进行检测。
色谱法具有分辨率高、灵敏度高、可靠性好等优点，因此被广泛应用于气体浓度检测领域。
3. 光谱法
光谱法是一种基于气体吸收光谱的方法，它利用气体对特定波长的光的吸收来进行检测。
光谱法具有灵敏度高、分辨率高、可靠性好等优点，因此被广泛应用于气体浓度检测领域。
4. 电化学法
电化学法是一种基于气体电化学反应的方法，它利用电化学传感器对气体浓度进行检测。
电化学法具有响应速度快、灵敏度高、可靠性好等优点，因此被广泛应用于气体浓度检测领域。
气体浓度检测是一项非常重要的技术，它可以保障人类的健康和安全。
以上介绍的几种气体浓度检测方法都具有各自的优点和适用范围，需要根据具体情况进行选择和应用。
甲烷标气浓度
甲烷标气浓度1. 介绍甲烷（CH4）是一种常见的温室气体，对全球气候变化有重要影响。
甲烷的浓度变化与人类活动和自然过程密切相关，因此对甲烷标气浓度的监测和研究具有重要意义。
本文将介绍甲烷标气浓度的定义、测量方法、影响因素以及相关的应用领域。
2. 甲烷标气浓度的定义甲烷标气浓度是指用于校准甲烷测量设备的气体样品的浓度。
校准是保证测量结果准确可靠的关键步骤，而标气浓度则是校准的基准。
甲烷标气浓度通常以体积分数（ppm，ppb等）或质量分数（μg/m3，ng/m3等）表示。
3. 甲烷标气浓度的测量方法甲烷标气浓度的测量方法主要包括气相色谱法、红外光谱法和质谱法等。
其中，气相色谱法是最常用的方法之一。
它通过将气体样品分离成各个组分，并通过检测器测量各组分的浓度来确定甲烷的浓度。
红外光谱法则利用甲烷分子吸收红外光的特性来测量其浓度。
质谱法则通过将气体样品分子离子化，并根据质量-电荷比来识别和测量甲烷的浓度。
4. 影响甲烷标气浓度的因素甲烷标气浓度受多种因素的影响，包括人类活动、自然过程和气候变化等。
4.1 人类活动人类活动是甲烷浓度增加的主要原因之一。
农业活动（如稻田种植、牲畜排放等）、能源生产与使用（如化石燃料燃烧、天然气泄漏等）以及废物处理（如垃圾填埋、沼气收集等）都会释放大量的甲烷。
因此，监测和控制人类活动产生的甲烷排放对减缓气候变化具有重要意义。
4.2 自然过程自然过程也是甲烷浓度变化的重要因素。
湿地、河流、湖泊等水体中的腐植物和浮游生物会产生大量的甲烷。
此外，森林火灾、火山喷发等自然事件也会释放大量的甲烷。
对这些自然过程的监测和研究有助于了解甲烷循环过程，并预测未来的甲烷排放趋势。
4.3 气候变化气候变化对甲烷浓度的影响是一个复杂的过程。
一方面，气候变化可以改变甲烷的产生和消耗过程，从而影响甲烷的浓度。
另一方面，甲烷本身也是一个强大的温室气体，它能够吸收地球辐射并产生温室效应，进一步加剧气候变化。
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(4)
式中 , v0 表示光源未经调制时的中心频率 , vm
表示频率调制幅度 , m 表示光强调制系数 ,ω = 2πf, f
是电流调制频率 。
将式 (3) 、(4)代入式 ( 1) ,且在近红外波段 ,气 体的吸收系数很小 ,满足 α( v) LC ν 1;光强的调制幅
度也很小 ,即 m ν 1;则 I ( v, t) = I0 ( 1 + m sinωt) exp〔- α( v0 + vm sinωt)
(收稿日期 : 2007 - 01 - 08;责任编辑 :王福厚 )
·60·
煤 矿 安 全 ( Total 392) 问题探讨
框图 。光源发出的光经光接头藕合到入射光纤中 , 送至气室后 ,经出射光纤被光探测器接收并转换为 电信号 ,该电信号被放大器放大后由记录仪记录 。
图 1 检测原理框图
碰撞加宽起主要作用 。因此 CH4分子的吸收谱线型 α( v)可以用 Lorentzian函数描述
α
α( v) =
0
(6)
1
+
(
v - vg △v
)
2
式中
α 0
为纯气体在吸收线中心的吸收系数
,
vg
和 △v分别为对应吸收峰的中心频率和吸收线半
宽 ,将式 ( 6)代入式 ( 5) ,可得
I ( v, t ) = I0 〔 1
[ 4 ] 王玉田 ,刘 瑾 ,张景超 ,等. 基于谐波检测技术的光纤 甲烷 气 体 传 感 器 的 研 究 [ J ]. 测 控 技 术 , 2003, 22 (11) : 19 - 21.
图 2 应用调频激光器进行气体测量结构图
经检测气室吸收后的光经光电探测器转换输出 送入锁定放大器 ,分别检测调制频率的一次和二次
作者简介 :王吉元 (1975 - ) ,西安工业大学硕士毕业 , 现从事测控技术 、光电检测与数据处理方向的教学与科研 。
(收稿日期 : 2006 - 12 - 28;责任编辑 :王福厚 )
·国外煤矿安全信息 ·
轴流式通风机叶片用混合材料制做
轴流式通风机工作轮叶片是通风机主要部件 ,它决定着通风机的主要运转参数和工作的 效率及可靠性 。目前 ,都是用 МЛ- 5镁合金或用 ДСВ- 4Р- 2М混合压缩塑料制做 。我们提 出用渗有玻璃混合料的结构混合材料制做 (玻璃钢 ) ,它的许多参数超过原用材料 ,并且制做 工艺简单和运转效率好 。静电安全研究证实 ,完全适用于煤矿安全条件 。在实验室对玻璃钢 的机械性能研究和用 APM W niM achine程序的电子计算机计算证实 ,在极限负荷条件下具有 高强度 、高弹性和工作稳定性 。现在 ,制造厂完全掌握了 ВОД- 11、ВОД- 16 和 ВОМД- 24 型矿用通风机叶片的生产工艺 。
1
+
( v0
α 0
L
C
- vg - vm △v
sinωt
)
2
〕
+ m sinωt (7)
当光源的输出中心波长被精确锁定在气体吸收
峰上时 , v0 = vg ,则
I ( v, t) = I0〔1 +m sinωt - 1 +αx02LsCinωt〕
(8)
式中 x = vm / △v
将式 ( 8) 展开为傅立叶级数序列 [4 ] , 它的一次
1 光谱吸收理论
光谱学研究表明当光与物质相互作用时 ,物质 受到红外光束的照射 ,该物质的分子就要吸收一部 分光能量并将其转化为分子的振动与转动能量 。在 吸收过程中 ,气体分子只能吸收那些能量正好等于 它的某两个能级的能量之差的光子 ( △E = hv) ,所 以不同分子结构的气体会吸收不同频率 (能量 )的
2 甲烷气体浓度谐波检测原理
谐波检测的基本原理是通过频率调制某个依赖
于频率的信号 ,使其“扫描 ”待测的特征信号 ,然后
在信号处理系统中 ,以调制频率或调制频率的倍频
作为参考信号 ,用锁定放大器记录下要得到的特征
信息 ,这一特征信息是由调制信号产生的一系列谐 波信息 。谐波检测方法的理论基础是傅立叶变换理
另外 ,向井壁四周煤体和深部煤体实施排放瓦 斯钻孔时 ,应使用电动钻机 ,不能使用手动冲击式钻 机 ;还要加强对职工的 “一通三防 ”和防突知识培 训 ,提高职工对防突工作的认识和素质 。
作者简介 :李国旗 ( 1963 - ) ,男 ,高级工程师 ,现任平煤 集团通风管理中心主任工程师 ,一直从事煤矿“一通三防 ” 和防突管理 、研究工作 ,曾发表论文多篇 。
由式
( 1 )可得
C
=α(1v) L ln
I0 ( v) I ( v)
(2)
式 (2)表明 , 如果 L 与 α( v)已知 , 通过检测 I
( v)和 I0 ( v)就可以测得气体的浓度 ,这就是光谱吸
收方法检测气体浓度的基本原理 。图 1为检测原理
3. 4 加强揭穿煤层期间支护 防止井壁四周煤体失 稳诱发煤与瓦斯突出
甲烷 (CH4 )是易燃易爆的气体 ,是矿井瓦斯主 要成分 ,瓦斯爆炸是煤矿生产过程中发生最多 、破坏 最严重的自然灾害 。因此 , 必须研制瓦斯监测系 统 [ 1 ] ,及时检测甲烷气体的产生源 、泄露源及浓度 , 对工矿安全运行 、人身安全及环境保护有着十分重 要的作用 。近几年来光纤传感技术发展迅速 ,光纤 甲烷传感器的研究倍受人们的关注 ,利用激光光谱 技术进行瓦斯浓度检测成为研究的热门方向 ,尤其 是具有连续可调谐 、窄线宽 、低功耗 、廉价的二极管 激光器的出现 ,使利用激光光谱技术建立甲烷探测 器成为可能 。研制这种探测器就要从研究甲烷分子 光谱出发 ,发展高灵敏 、高分辨率的激光光谱技术 。
·61·
气室的方法来实现 :经过正弦调频的光通过一个装 有固定浓度甲烷气体的参考气室 ,若光源中心 (平 均 )波长和吸收峰的中心波长对准 ,则通过参考气 室的输出光主要包括调制频率的二次谐波 ,一次谐 波近似为零 ;若一有偏差 ,就会产生一次谐波 ,利用 一次谐波作为误差信号 ,可将光源波长精确的锁定 在气体吸收峰上 。
收谱线在入射光源光谱范围内 ,那么光通过气体以
后 ,在相应谱线处会发生光强的衰减 , 输出光强 I
( v)与输入光强 I0 ( v)和气体浓度之间的关系为
I ( v) = I0 ( v) exp〔- а( v) LC〕
(1)
式中 а( v) ———一定频率下单位浓度 、单位长度气
体的吸收系数 ;
L ———吸收路径的长度 ; C ———吸收气体浓度 。
谐波分量 。一次谐波分量主要由强度调制引起 ,其 幅度大小正比与光源的平均功率 。采用二次谐波和 一次谐波的比值作为系统输出 ,可以消除激光器输 出光强波动等共模噪声 。
4 结 语
通过对气体选择性吸收理论的研究 ,论述了光 谱吸收方法的基本原理 ,给出了气体吸收测量的理 论依据 ,并以甲烷气体为对象 ,研究了光谱吸收式甲 烷气体浓度检测理论与方法 。根据本理论方案可以 研制光谱吸收式甲烷气体浓度检测传感器 ,应用于 矿井等恶劣环境中 ,提高矿井开采的安全度 。
问题探讨 煤 矿 安 全 (2007 - 07)
·59·
光谱吸收式甲烷气体浓度检测理论与方法
王吉元 ,沈显庆
(黑龙江科技学院 电气与信息工程学院 ,黑龙江 哈尔滨 150027)
摘 要 :基于甲烷气体的近红外吸收光谱 ,研究了光谱吸收式甲烷气体浓度检测方法 。通过光源 调制实现气体浓度的谐波检测 ,利用二次谐波与一次谐波的比值来消除由光源的不稳定和变化 所引起的检测误差 ,并建立了谐波检测的数学模型 ,给出了甲烷气体谐波检测方案 。 关键词 :光谱吸收 ;浓度检测 ;谐波检测 ;甲烷 中图分类号 : TD712 文献标识码 : B 文章编号 : 1003 - 496X (2007) 07 - 0059 - 03
[ 3 ] S. D. Bom se, C. A. Stanton, A. J. Silver. Frequency Modulation and W avelength Modulation Spectroscop ies [ J ]. App lied Op tics, 1992, 31 (6) : 718 - 730.
频率的函数 ,因此 ,通过调制光源的频率即可实现吸
收系数的调制 。如果光源谱分布带宽远远小于气体
吸收线带宽 ,通过对光源的注入电流进行正弦调制 ,
光源频率和输出光强也将受到相应的调制 。
v = v0 + vm sin (ωt)
(3)
I′0 ( v, t) = I0 ( v, t) 〔1 +m sin (ωt) 〕
LC〕 = I0 ( 1 +m sinωt) 〔1 - α( v0 + vm sinωt) LC〕 = I0 〔1 + m sinωt ) - α ( v0 + vm sinωt ) LC -
m sinωαt ( v0 + vm sinωt) LC 〕
= I0〔( 1 +m sinωt - α( v0 + vm sinωt) LC 〕 ( 5) 气体压力接近一个标准大气压时 ,红外光谱的
参考文献 :
[ 1 ] 孙建华 ,邵芝梅. 瓦斯监测系统的可靠性分析 [ J ]. 煤 矿机械 , 2004 (4) : 51 - 52.
[ 2 ] I. Klimant. Recent Investigations in Oxygen Sensing. Proceedings 1 st European Conference on Op tical Chem2 cial Sensors and B iosensors[ J ] , 1992, (4) : 12 - 15.
为了产生谐波信号 ,最方便的频率调制方法是 调制激光器的注入电流 ,由于可调谐激光器的输出 频率是注入电流的函数 ,所以 ,注入电流经正弦调制 之后 ,激光器的输出频率和输出光强也将受到相应 的调制 ,这意味着即使光源平均波长和吸收峰的中 心波长对准 ,一次谐波也将不为零 。解决方法是在 检测到的一次谐波中引入一个与光强调制等值反号 的信号 ,进行偏差补偿 。补偿后的信号经过积分 ,用 于反馈控制激光器的平均波长 。图 2为应用激光器 进行气体测量的结构图 。