基于SLED的光纤甲烷传感器光源驱动控制技术研究
基于谐波检测技术的光纤甲烷气体传感器的研究_王玉田
收稿日期:2003-04-22基金项目:河北省自然科学基金资助项目(600227)作者简介:王玉田(1952—),男,辽宁本溪人,教授,博士生导师,主要从事检测技术、精密测量技术和光电传感器方面的教学和科研工作。
文章编号:1000-8829(2003)11-0019-03基于谐波检测技术的光纤甲烷气体传感器的研究A Methane Gas Sensor with Optic Fiber Based on Frequ ency Harmonic Detection Tech nique(燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛市 066004) 王玉田,刘 瑾,张景超,杨海马摘要:基于甲烷气体的近红外吸收光谱,研究了一种高灵敏度光谱吸收型光纤甲烷气体传感器。
采用DFB LD 作为光源,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。
建立了谐波检测的数学模型,给出了甲烷气体的测量结果。
关键词:气体传感器;甲烷;调制;谐波检测中图分类号:O439;TP212.2文献标识码:A A bstract :Based on the near infrared spectral absorption of methane ,a system using absorption ty pe optic fiber for hig h sensitivity methane detection is demonstrated .DFB LD is used as a light source and light source modu -lation harmonic measurement is presented .The ratio of the fundamental and second harmonic signal can be used for eliminating the interference owing to light power changing .The mathematical model of gas concentration harmonic measurement is built up .The result of methane concentration is also show n .Key words :gas sensor ;methane ;modulation ;harmonicmeasurement 甲烷是易燃易爆气体,是矿井瓦斯及天然气等多种气体燃料的主要成分。
《基于宽带光源的相关光谱式甲烷传感理论建模及设计实现》
《基于宽带光源的相关光谱式甲烷传感理论建模及设计实现》篇一一、引言随着工业生产和环境监测的快速发展，甲烷气体检测技术日益受到重视。
甲烷是一种重要的温室气体，其浓度的准确检测对于环境保护和工业安全具有重要意义。
相关光谱式甲烷传感技术因其高灵敏度、高分辨率和低成本等优点，在甲烷气体检测领域得到了广泛应用。
本文将介绍基于宽带光源的相关光谱式甲烷传感理论建模及设计实现。
二、相关光谱式甲烷传感理论基础相关光谱式甲烷传感技术基于甲烷分子对特定波长光线的吸收特性。
当宽带光源发出的光经过甲烷分子时，甲烷分子会吸收特定波长的光，导致光强度的变化。
通过测量光强度的变化，可以推算出甲烷的浓度。
在理论建模过程中，需要考虑甲烷分子的光谱特性、光源的光谱分布、光路的传输特性等因素。
通过建立数学模型，可以描述甲烷浓度与光强度变化之间的关系，为后续的传感器设计提供理论依据。
三、宽带光源的选择与设计宽带光源是相关光谱式甲烷传感技术的关键部件之一。
选择合适的宽带光源对于提高传感器的性能至关重要。
常用的宽带光源包括发光二极管（LED）和白光光源等。
在选择过程中，需要考虑光源的光谱范围、光强、稳定性等因素。
在设计中，需要根据实际需求和理论模型的要求，选择合适的光源类型和参数。
同时，还需要考虑光源的驱动电路、散热等问题，以确保光源的稳定性和可靠性。
四、传感器光学系统的设计传感器光学系统是相关光谱式甲烷传感技术的核心部分，主要包括光路设计、滤光片选择、探测器选择等。
光路设计需要考虑到光的传输路径、光强分布、干扰光等因素，以确保光信号能够准确地传输到探测器上。
滤光片的选择需要考虑到光谱分辨率、信噪比等因素，以提取出甲烷分子吸收的光谱信息。
探测器的选择则需要考虑到灵敏度、响应速度等因素，以实现高精度的甲烷浓度测量。
五、信号处理与算法实现信号处理与算法实现是相关光谱式甲烷传感技术的重要组成部分。
通过对探测器输出的电信号进行处理，可以提取出甲烷分子的光谱信息，进而推算出甲烷的浓度。
基于分布反馈式半导体激光器的光纤甲烷传感器
基于分布反馈式半导体激光器的光纤甲烷传感器金永君【摘要】简介了一种基于分布反馈式半导体激光器(DFBLD)的光纤甲烷气体传感器,在甲烷气体光谱吸收的基础上,利用差分吸收技术,实现瓦斯浓度在线检测.还介绍了DFBLD工作原理,给出了初步的实验性设想.对此光纤甲烷气体传感器只要稍加改进或换上其它附件,即可测量其它多种气体的浓度,在气体浓度测量领域,具有很好的应用前景.【期刊名称】《传感器世界》【年(卷),期】2016(022)001【总页数】4页(P17-20)【关键词】分布反馈式半导体激光器(DFBLD);甲烷气体;光谱吸收;差分技术;光纤传感器;检测【作者】金永君【作者单位】黑龙江科技大学理学院物理系,黑龙江哈尔滨150027【正文语种】中文【中图分类】TP212.14一、前言工程测量过程中，及时准确地对易燃、易爆、有毒等气体进行预报和自动控制已成为当前煤炭、石油、化工、电力等部门亟待解决的重要问题之一。
同时随着人们生活水平的提高，人类对生态环境净化的要求也越来越高，迫切要求监测监控易燃、易有毒、有害气体，减少环境污染，确保身心健康。
甲烷（CH4）是矿井、工业领域和城市煤气中发生的爆炸事件的主要祸源。
当空气中甲烷的含量达到25%～30%时，人会感到头疼、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速，若不及时远离，可致窒息死亡。
因此对周围环境的甲烷气体进行早期安全监测是十分必要。
目前国内外介绍的监测甲烷气体的方法有多种，但普遍存在缺陷，如：稳定性不好，使用寿命短，精度不够，对温度、压力有一定的响应。
而今天简介的光纤甲烷气体传感器是当今先进的设备，克服了以往检测方法的很多缺点，具有很好的优越性。
二、分布反馈式半导体激光器的基本原理分布反馈式半导体激光器(Distributed Feedback Laser Diode，DFBLD)基本原理是把光栅放在LD的有源区内代替反射面进行光反射，光栅只能反射一定波长的光波，所以在多个频谱中，和光栅的固有波长相同的光波被选择出来，产生光震荡，从而输出激光。
《基于宽带光源的相关光谱式甲烷传感理论建模及设计实现》范文
《基于宽带光源的相关光谱式甲烷传感理论建模及设计实现》篇一一、引言随着环境问题的日益严重，气体检测特别是甲烷气体的检测变得越来越重要。
甲烷作为一种常见的温室气体，其准确检测对于环境保护、能源安全等领域具有重要价值。
相关光谱式甲烷传感器凭借其高灵敏度、高选择性和实时监测的优势，已成为甲烷检测的主要手段之一。
本文旨在阐述基于宽带光源的相关光谱式甲烷传感器的理论建模及设计实现过程。
二、理论建模1. 宽带光源理论在相关光谱式甲烷传感系统中，宽带光源起着关键作用。
它提供丰富的光谱信息，用于甲烷的识别和检测。
通过模拟不同宽度的光谱信号，分析其与甲烷分子吸收光谱的关系，进而建立相关数学模型。
2. 甲烷分子吸收光谱特性甲烷的分子结构及其在特定波长下的吸收特性是传感系统设计的关键依据。
通过对甲烷分子的能级结构和电子跃迁进行深入分析，研究其在不同波长下的吸收特性，从而建立准确的吸收光谱模型。
3. 信号处理与算法建模通过分析宽带光源发出的光谱信号与甲烷分子吸收光谱之间的关系，建立相应的信号处理和算法模型。
包括光谱数据的采集、处理、分析和特征提取等步骤，以及通过算法对甲烷浓度进行精确估算。
三、设计实现1. 系统整体架构设计系统主要由宽带光源、光纤传输系统、光谱仪、数据处理单元等部分组成。
其中，宽带光源提供丰富的光谱信息，光纤传输系统将光信号传输至光谱仪，数据处理单元则负责信号的采集、处理和浓度估算。
2. 硬件设计硬件部分主要包括宽带光源、光纤、光谱仪等。
其中，宽带光源应具有稳定的输出和良好的光谱特性；光纤应具有良好的传输性能和抗干扰能力；光谱仪应具有高分辨率和高灵敏度，以准确检测甲烷分子的吸收光谱。
3. 软件设计软件部分主要包括数据采集、信号处理、浓度估算等模块。
数据采集模块负责从光谱仪获取原始光谱数据；信号处理模块对原始数据进行预处理和特征提取；浓度估算模块则根据建立的数学模型，对甲烷浓度进行精确估算。
四、实验与结果分析1. 实验方法与步骤通过实验验证所建立的理论模型和设计实现方案的可行性。
光纤甲烷气体传感器的研究
第27卷 第10期2006年10月仪器仪表学报Chinese Journal of Scientific InstrumentVol127No110Oct12006光纤甲烷气体传感器的研究3王书涛1,2 车仁生1 王玉田2 张 洁2 张景超21(哈尔滨工业大学 哈尔滨 150001)2(燕山大学电气工程学院 秦皇岛 066004)摘要 在对甲烷气体分子近红外吸收光谱分析的基础上,采用1.66μm分布反馈式半导体激光器作为光源,应用二次谐波检测技术,实现对甲烷气体的浓度检测,检测的灵敏度为7×10-5/m。
大气和工业污染中的其他气体分子的含量也可通过调换光源及相应的光学器件采用类似的方法测量。
关键词 光纤气体传感器 甲烷 谐波检测中图分类号 TP212.14 文献标识码 A 国家标准学科分类代码 460.4030Study on the optical f iber methane gas sensorWang Shutao1,2 Che Rensheng1 Wang Yutian2 Zhang Jie2 Zhang Jingchao21(H arbin I nstitute of Technolog y,Harbin150001,China)2(College of Elect ric Engineering,Yanshan Universit y,Qinhuang dao066004,China)Abstract Based on analysis of t he near infrared spectral absorption of met hane,a met hane gas test met hod using1.66μm DFB LD light source and second2harmonic detection technique is demonst rated.Test sensitiv2 ity of7×10-5/m was achieved wit h t his met hod.The concentration of ot her gases in t he at mosp here and in2 dust ry pollution can also be tested using t he same met hod and just changing light source and optical appara2 t us corresponding to t he target gas.K ey w ords optical fiber gas sensor met hane harmonic measurement1 引言 甲烷是一种易燃易爆气体,是沼气、天然气和多种液体燃料的主要成分。
可燃气体(甲烷)光纤传感监测技术研究
（ 甲烷 ） 浓度 超 标 引发 爆 炸 和 火 灾 事 故 的发 生 。 火 灾探 测 新 技
术 在 一 定 条 件 下 ， 可 以 在 恶 劣 和 危 险 环 境 中为 消 防 部 队 灭 火 还
救 援 及 时提 供 现 场 气体 监 测信 息 。
关 键 词 ： 纤 气 体 传 感 器 ； ＤＬ ；火 灾 报 警 光 Ｔ ＡＳ 中 图 分 类 号 ： ２ ． 。 ３ ． Ｘ９ ４ ４ ０４ ３ ５ 文献标志码 ： Ａ
光 通 过含 有某 种 气 体 成 分 的 气 室 时 会 被 吸 收 ， 据 根 比 尔 一 朗 伯 特 （ ｅ — Ｌ ｍｂ ｒ） 律 ， 得 入 射 光 强 Ｂｅｒ ａ ｅｔ 定 可
文 章编 号 ：０ ９ ０ ９ ２ １ ） １ 。５ ３ １０ —０ ２ （Ｏ ２ Ｏ 一Ｏ ７ 一。
出射 光 强 ， 吸 收路 径 及 气 体 的浓 度 之 间 的关 系 式 ： 、 Ｉ 。ｘ ［ ａ ｖ Ｃ ］ —Ｊｅ ｐ － （） Ｌ （） １
般 情 况 下 ，Ｃ ＜Ｉ ａ Ｌ＜ 。则 式 （ ） 改 写 为 ： ４可
一
㈣
式 中 ： Ｓ ） Ｓ为 吸 收 线 强 ； ｕ 为 面 积 归 一 化 的 吸 — （ ； （ ）
对 可燃 、 有毒气体浓 度进 行实 时监测 是 防止可 燃气
体 发 生 爆 炸 、 烧 的 一 个 重 要 的 手 段 。多 年 来 ， 国消 防 燃 各 科技工作者对可 燃 、 毒气 体场所 气体 浓度 的测量 做 了 有 很多研究 ， 已研 制 出 接 触 燃 烧 式 传 感 器 、 属 氧 化 物 半 导 金 体 式 传 感 器 和 电 化 学 式 传 感 器 ， 些 传 感 器 在 可 燃 、 毒 这 有 气 体 浓 度 监 测 中起 到 了 积 极 的 作 用 。但 是 ， 些 传 感 器 这
《基于宽带光源的相关光谱式甲烷传感理论建模及设计实现》
《基于宽带光源的相关光谱式甲烷传感理论建模及设计实现》篇一一、引言随着工业和能源领域的快速发展，甲烷作为一种重要的气体成分，其检测对于环境保护、工业安全和能源利用具有重要意义。
相关光谱式甲烷传感技术因其高灵敏度、高精度和快速响应等特点，在甲烷检测领域得到了广泛应用。
本文旨在探讨基于宽带光源的相关光谱式甲烷传感理论建模及设计实现，为甲烷传感技术的发展提供理论支持和实践指导。
二、相关光谱式甲烷传感技术概述相关光谱式甲烷传感技术是利用宽带光源发出光线，通过甲烷气体的吸收作用，检测甲烷分子对特定波长光线的吸收程度，从而实现对甲烷浓度的测量。
该技术具有灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，适用于多种环境和应用场景。
三、理论建模（一）光谱吸收原理甲烷分子对特定波长的光线具有吸收作用，这种吸收作用与甲烷浓度成正比。
通过测量光线经过甲烷气体后的透射或反射光谱变化，可以推算出甲烷的浓度。
（二）宽带光源的选择选择合适的光源是相关光谱式甲烷传感技术的关键。
宽带光源应具有较高的光通量、良好的光谱稳定性和较长的使用寿命。
同时，其光谱范围应覆盖甲烷分子的吸收峰，以便准确测量甲烷浓度。
（三）传感器模型构建根据光谱吸收原理和宽带光源的特性，建立传感器模型。
模型应包括光路系统、光谱分析系统和数据处理系统等部分。
通过实验验证和参数优化，提高模型的准确性和可靠性。
四、设计实现（一）硬件设计硬件设计包括光路系统、光谱分析系统和信号处理系统等部分。
光路系统负责将宽带光源发出的光线引导至甲烷气体中；光谱分析系统用于测量光线经过甲烷气体后的光谱变化；信号处理系统对光谱数据进行处理和分析，得出甲烷浓度。
（二）软件设计软件设计包括数据采集、数据处理和结果输出等部分。
数据采集模块负责获取光谱数据；数据处理模块对光谱数据进行滤波、基线校正和峰值识别等处理，提取出与甲烷浓度相关的信息；结果输出模块将处理后的数据以图形或数字形式展示给用户。
（三）系统集成与调试将硬件和软件进行集成，进行系统调试和性能测试。
可燃气体_甲烷_光纤传感监测技术研究
收线型。
ห้องสมุดไป่ตู้
从式（５）可 以 看 出，谐 波 大 小 与 气 体 的 浓 度、吸 收 强 度和吸收路 径 的 长 度 成 正 比 。 对 于 气 体 来 说，其 吸 收 谱
线主要有两种展 宽，一 是 由 于 分 子 碰 撞 而 造 成 的 均 匀 加
宽，即洛伦兹展宽；二是由于分子热运动 而 造 成 的 非 均 匀
光纤气体传感 技 术 采 用 分 离 式 设 计 ，无 源 传 感 摇 头 和有源仪表之 间 通 过 光 纤 连 接 ，含 有 浓 度 信 息 的 光 信 号 通过光纤传输到仪表进行处理。首创性地应用于化工、 石油、石 化、天 然 气、煤 炭 及 民 用 燃 气 等 行 业，以 及 储 运、 隧道交通和其他工业气体浓度监测和报警领域，为安全
ｖ２ｍ
（８）
由式（８）可 见，二 次 谐 波 信 号 与 气 体 的 浓 度 ，气 室 长
度和初始光强 有 关，检 测 二 次 谐 波 信 号 就 可 以 获 得 气 体
浓度信息。
由于在实际测 量 时，气 室 长 度 一 般 不 会 发 生 变 化，而
初 始 光 强 却 可 能 产 生 改 变 ，因 此 笔 者 将 二 次 谐 波 信 号 和 输
光纤传感器由于其无电传输 ，具有 本 质 安 全 性，适 于 远距离在线测量，可 工 作 于 易 燃 易 爆 环 境 以 及 强 电 磁 干 扰环境，具有传感单元结构简单 、稳定 可 靠 等 特 点。 近 年 来，光纤气体传感检测技术已成为热点研究领域 。
可调谐 半 导 体 激 光 吸 收 光 谱 （Ｔｕｎａｂｌｅ Ｄｉｏｄｅ Ｌａｓｅｒ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ＴＤＬＡＳ）是 一 种 先 进 的 气 体 检 测技术，其具有灵敏度高 、分辨率高、响 应 速 度 快 等 特 点。 利用半导体激光 器 的 可 调 谐 性 和 超 窄 谱 宽 的 特 性 ，通 过 扫描气体的 某 一 条 吸 收 谱 线 以 实 现 快 速 检 测 气 体 的 浓 度，且避免 了 其 他 气 体 的 交 叉 干 扰 。 采 用 ＴＤＬＡＳ 测 量 技术往往需结合 波 长 调 制 法 ，波 长 调 制 是 将 高 频 正 弦 波 加载在低频的锯 齿 波 上 ，并 将 叠 加 后 的 信 号 用 来 驱 动 光 源发光，该光束通过气室被气体吸收后 ，带 有 气 体 浓 度 的 光信号进入光电 探 测 器 ，光 电 探 测 器 将 光 信 号 转 换 为 电 信号，输出的电信号进入滤波锁相电路 ，被 高 频 正 弦 信 号 的二倍频信号解调就能得到反映气体浓度信息的二次谐 波信号。波长调 制 法 可 以 有 效 地 抑 制 高 频 背 景 噪 声 ，使
《基于宽带光源的相关光谱式甲烷传感理论建模及设计实现》范文
《基于宽带光源的相关光谱式甲烷传感理论建模及设计实现》篇一一、引言随着工业生产和环境监测的快速发展，甲烷气体检测技术得到了广泛应用。
作为主要温室气体之一，甲烷的准确监测对环境保护和能源工业具有至关重要的意义。
相关光谱式甲烷传感器凭借其高灵敏度、高选择性及实时性等特点，成为目前研究热点。
本文将深入探讨基于宽带光源的相关光谱式甲烷传感器的理论建模及设计实现。
二、理论建模1. 甲烷吸收光谱特性甲烷分子具有特定的吸收光谱特性，不同波长下的吸收强度不同。
通过分析甲烷的吸收光谱，可以确定其检测波长范围。
宽带光源能够提供丰富的光谱信息，为甲烷的检测提供了可能。
2. 传感器工作原理基于相关光谱式的甲烷传感器，通过测量宽带光源经过甲烷气体后的光谱变化，分析特定波长下的光谱强度变化，从而推算出甲烷的浓度。
传感器的工作原理主要包括光路设计、光谱采集、信号处理及浓度计算等步骤。
3. 数学模型建立根据甲烷的吸收光谱特性和传感器的工作原理，建立数学模型。
模型应包括光谱数据采集、数据处理、浓度计算等环节。
通过数学模型，可以实现甲烷浓度的快速、准确检测。
三、设计实现1. 硬件设计硬件设计包括光源选择、光路设计、光谱采集系统等。
选用宽带光源作为光源，保证光谱信息的丰富性；光路设计应确保光线能够顺利通过甲烷气体并被光谱采集系统捕捉；光谱采集系统应具有高灵敏度、高稳定性的特点，以保证数据的准确性。
2. 软件设计软件设计包括光谱数据处理、浓度计算及输出等环节。
光谱数据处理部分应能够实现光谱信息的提取、滤波、归一化等操作；浓度计算部分应根据数学模型，实现甲烷浓度的快速、准确计算；输出部分应能够将计算结果以适当的形式输出，如数字、图表等。
3. 系统集成与调试将硬件和软件进行集成，形成完整的甲烷传感器系统。
进行系统调试，确保系统的稳定性、准确性和实时性。
在调试过程中，应重点关注光路的稳定性、光谱采集的准确性以及数据处理的速度和精度等方面。
四、实验与分析1. 实验设置在实验室条件下，设置不同浓度的甲烷气体，对传感器进行测试。
一种基于谐波检测技术的光纤甲烷气体传感器
一种基于谐波检测技术的光纤甲烷气体传感器
王书涛;刘瑾;车仁生;王玉田
【期刊名称】《应用光学》
【年(卷),期】2004(025)002
【摘要】甲烷是易燃易爆气体,是矿井瓦斯及天然气等多种气体燃料的主要成分.气体爆炸一直是困扰煤矿安全生产的重大难题,因此现场实时检测甲烷气体浓度对于工矿安全运行,人身安全有着至关重要的作用.基于甲烷气体近红外吸收的机理,研究了一种以DFB LD为光源的高灵敏度光谱吸收型光纤甲烷气体传感器.利用光源调制实现气体浓度的谐波检测,用二次谐波与一次谐波的比值来消除光路干扰.建立了谐波检测的数学模型,给出了甲烷气体的测量结果.利用光纤作为传光通道,使得探头可以与测量电路实现完全电隔离,增强了系统的安全性.
【总页数】4页(P44-47)
【作者】王书涛;刘瑾;车仁生;王玉田
【作者单位】哈尔滨工业大学,黑龙江,哈尔滨,150001;燕山大学,电气工程学院,河北,秦皇岛,150001;哈尔滨工业大学,黑龙江,哈尔滨,150001;燕山大学,电气工程学院,河北,秦皇岛,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TN253
【相关文献】
1.基于一次谐波的光谱吸收式甲烷气体传感器设计 [J], 石建中;曹家年;王琢;张可可;杨蕊;陈少勇
2.基于谐波检测技术的光纤甲烷气体传感器的研究 [J], 王玉田;刘瑾;张景超;杨海马
3.基于谐波检测技术的多点光纤乙炔气体传感器 [J], 刘瑾;杨海马;张菁;王玉田
4.基于光纤传感器的甲烷气体浓度信号采集方法 [J], 孙超;丁建军;章盛
5.基于表面等离子体共振的光子晶体光纤甲烷气体传感器 [J], 魏方皓;张祥军;唐守锋
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图 １所示 的 电路结 构 主 要 由 电源模 块 、 流 源 恒 单 元 、Ｅ Ｔ Ｃ控制 单元 以及 中心控 制单 元 ４部 分组 成 。
１ １ 供 电系统 （ ． 电源模 块 ）
电路采用 ＋ ５Ｖ直流开关 电源供电。因为激光 器 的最大压降为 ２５Ｖ， ． 为了降低功耗 ， 在恒流源部
为例进行研究。 ＳＥ Ｌ Ｄ为电流驱动器 件 ， 其输 出功率 与电流有
国家 自然科 学基金重点 项 目（ 号 ：１７ １１ ； 炭资源 与 编 ５０４６ ）煤 安全开采 国家重点实验室 自主研究课题 （ 编号 ：Ｋ Ｃ Ｓ Ｏ Ｘ ３ 中 Ｓ Ｌ Ｒ Ｍ ８ ０ ）；
摘
要
光 纤气体 传感技 术 是一种 近 年来备 受 国 内外广 泛 关 注 的新 型 高新技 术 。通过研 究 ，
提 出了一种基于 ＳＥ Ｌ Ｄ的光纤甲烷传感器光源驱动控制系统， 同步设计 了具有短路 、 并 开路、 过流、 过压 等 多重保 护功 能的 电路基 本 结构 。研 究结果 表 明 ： 该光 纤 甲烷 传 感 器光 源驱动 控 制 系统 的 性 能稳定、 灵敏度较高， 通过有效解决光功率输 出的不稳 定来提 高光纤传感器的工作性能和测量精
检测 技术 为原 理 的免 调 校 、 寿 命 甲烷传 感 器 意义 长 十分 重大 ， 十分 必 要 。光 源 是 影 响 光纤 监测 技 术 也 的一 个重 要 因素 ， 源 的稳 定 性 直 接 影 响 甲烷传 感 光 器 的性 能 。以下将 重点讨 论 高稳定 度 光源驱 动 控制 技术 。
度， 对提 高煤矿 瓦斯 安全检 测 系统 和保 护装 置的性 能 和可 靠性 意义重 大 。
关键 词 驱动控 制 光 功率 光 纤 甲烷 传 感器
近年来 煤矿 事故 频发 ， 煤矿 安全 形势 十分 严 峻 ，
已经引 起全 社会 的广泛 关 注 。据 统计 ， 死亡 ｌ 在 ０人
关， 电流 的波 动直 接影 响输 出光 功率 的稳 定 度 和激 光器性 能 。因此 ， 须 具 有 高 稳定 的驱 动来 控 制 激 必 光器 以使 其输 出光 功率高 度稳 定 ， 到最佳 性 能 。 达 根据 Ｄ ．Ｓ５ Ａ型 Ｓ Ｅ ＬＣ６ Ｍ５ Ｌ Ｄ光 源极 限参 数 的特 点 ， 计 出 了一 套驱 动 电流可 控 ， 大驱 动 电流 为 １ 设 最 Ａ， 电流稳定 度优 于 ０ ２ ， ． ％ 并具 有短 路 、 开路 、 流 、 过 过压 等多 重保 护 功 能 的高 稳 定 驱 动 系统 。 电路 ４。
可 控 恒 流 源
ＭＣ 中 心 Ｕ
控 制单 元
大器
ＴＣ ｌ Ｅ控 制器 ｌ
Ｔ Ｊ ＥＣ
ｆ曼 曼 Ｉ 旦
恒 流 单 元 中心 控 制单 元
温 控 单元
图 １ ＳＥ Ｌ Ｄ光 源 驱 动 电路 结 构
１ 高稳定度光源驱动控 制技术
超发 光二极 管 （ Ｌ Ｄ） Ｓ Ｅ 因其 体 积小 、 量 轻 、 重 功 耗低 、 可靠 性 高 、 换 效 率 高 、 用 安 全 、 长 范 围 转 使 波 广 、 格较 低等 特点 ， 价 已被 广 泛应用 于各 个领 域 。 以
馈， 动态调节设备的供电电压 ， 使得设备的工作电流
趋于恒 定 。恒 流 源 部 分 核 心 芯 片 选 择 ０ Ａ ６ ， Ｐ ５９ 该
芯片是一款低损耗、 大电流精密运算放大器 ， 最大输
已装备煤矿安全监控系统 ， 但整体技术落后 ， 尤其是 现有 的甲烷传 感 器 一 般 使 用 寿 命 在 １ａ左 右 ， 保 为
证其 准 确性 和稳定 性 ， 通常 １ 右 就需 要 调 校一 ０ｄ左
次， 而且维护周期短 ， 使用成本高给现场的使用维护 带来极大不便 。因此 ， 研究开发一种新型的以光纤
的结 构框 图见 图 １ 。
源 单 元
以上 的事故 中约 有 ８ ％ 是 由于 煤 与 甲烷 突 出或 粉 ０
尘引起的爆炸造成的 。因此 ， 国家强制要求煤矿
装备安全监测系统及相关 的保护装置 ， 用来监测井
下 甲烷 及灾 害气 体 浓度 变 化 ， 遏 止 灾 害 发 生 提供 为 决 策依 据 。经过 近 年来 的努 力 ， 然 大 部 分 矿井 都 虽
Ｓ ｒａ ｅ ｉｌＮｏ． ５ ５１
现
代
矿
业
总 第 ５５ １ 期 ２ １年 ３月 第 ３期 ０２
Ｍａ ｃ ． ０ ２ ｒｈ ２ １
Ｍ０ＲＤ Ｎ ＮＧ ＥＮ ＭＩ Ｉ
基于 ＳＥ Ｌ Ｄ的光 纤 甲烷传 感器 光 源驱 动控 制 技术 研究
孙 守靖 李增 华 张 超
（． １ 中国矿 业大学安全工程学院 ；． ２ 潞安集 团公 司技术 中心 ）
图 ２中 ， 出 电压 的 大小 可 以通 过 调 节 电位 器 输 Ｒ ０ 实现 ， Ｉ２ ５２ Ｔ是一款大电流 、 ３１ Ｍ Ｃ ９０ Ｂ 高精度 、 低 压 差 电压转换 芯 片 。
ｌ ３５
总第 ５ ５期 １
Ｄ
现代 矿业
２ １ ３月第 ３期 ０ ２年
个 驱动 性能 。本 电路 采用 压 控 恒 流源 的模 式 ， 以便 于控制 与调 节 。压 控恒 流源 的本 质是 对 电流 采用 ３ ３Ｖ供 电。 ． 同时 ， 降压 电路采用线性 电源芯片 ， 以减小 电流纹
波 ， 高激光 器 的稳 定 度 。供 电系 统 电 路 的实 现 形 提
式 见 图 ２ 。
国矿业 大学煤炭 资源与安全开采 国家重点实验室开放研 究基金 资助
项 目（ 编号 ：９ Ｆ ９ 。 ０ Ｋ ０ ） 孙守靖 （９ ３ ）， ， １７ 一 男 工程 师 ， 硕士研 究生 ，４ ２４山西 省长治 ０ ６０ 市襄垣县 。