光纤气体传感器及其组网技术综述
光纤气体传感器概述
光纤气体传感器概述作者：聂平来源：《管理观察》2009年第11期光纤通信在现代信息科学技术中是十分重要的，它的出现与迅速发展大大地改观了信息技术的面貌。
从光信息传输看，几十年中得到比较充分发展的光纤是用石英制作的各类石英光纤。
高纯石英的本征吸收损耗很低，从1966年高锟博士提出可以采用石英光纤作为光通信的[1]传输介质以后，经十年左右的努力，石英光纤损耗已经达到0.2dB/km，接近其理论极限。
在光纤损耗不断降低的同时，光源研究的进展亦十分迅速。
1962年，GaAs半导体激光二极管（LD）问世，意味着现代光通信有了小体积的高速光源。
后来，GaAsAl-LD又实现了室温长时间工作。
利用四元系合金InGaAsP制造出了1300nm及1550nm的LD光源。
由于LD昂贵，适合光纤通信的高亮度LED也研制了出来。
这样，随着符合光纤传输要求，各种波长、高效率、长寿命、高速率半导体光源的研制成功，光纤通信的实用化及大发展已是水到渠成。
在低损耗光纤问世不久的70年代中期，就出现了光纤传感器[2,3]。
之后光纤传感器获得了迅速的发展，在军事、科研、工业、商业、医学等领域都有广泛的应用。
特别是进入信息时代以来，传感器作为获取信息的基础和支柱，也进入迅速发展的新阶段。
进入信息时代以来，光纤传感器获得了迅速的发展 [4-14]。
在各个领域中，特别是现代高新工程技术中，需要获取的信息量（物理量、化学量、生物量等）越来越多，对信息测量准确度的要求越来越高，测量的难度越来越大，从而对传感技术提出了更高更新的要求。
各种新型的气体传感器必须对气体进行实时监测，及时掌握事故及污染发生和发展实况，并进行有效控制，这对工业矿业安全生产以及环境保护都具有特别重要的意义。
光纤传感器之所以引起广泛的关注，是由于它具备其它传感器无法比拟的优点：1、光纤中光与气体作用距离长，探测灵敏度高；2、光纤传输损耗小，因此不必考虑测量仪器和被测物体的相对位置，可以与光纤遥测技术相配合实现远距离测量与控制；3、光纤体积小、重量轻、易弯曲，可制成尺寸小、外形各异的传感探头，应用于狭小和特殊的场合；4、光纤化学性质稳定，且有很好的电绝缘性，可在恶劣或危险的特殊环境下可靠工作；5、光纤传感器易于组成光纤传感网络，可实现多功能、智能化的要求，采用多路复用技术，可降低系统成本。
光纤气体传感器
光源
被测气室
滤光片1 滤光片2
光探测器1 i(1) 信
号 输出 处
光探测器2 i(2) 理
➢两个滤光片旳中心波长分别为1和 2
➢ 1 相应被检测气体旳强吸收峰，称为工
作波长；
➢ 2 相应被检测气体旳弱吸收波段，称为
参照波长。
➢两个波长尽量接近，这么光路对工作波 长和参照波长旳干扰效应就可以为是近似
相等旳。
3.3光谱吸收式气体传感器理论基础 关键思想：Lambert-Beer定律
Iout Iin (v) exp (v)CL
✓ (v)为光频为v处旳吸收系数，表达体积浓度为100%，
吸收光程长度为1cm时吸收气体对频率为旳v单色光旳 吸收能力；
✓ C为吸收气体体积浓度百分比； ✓ L为总旳气体吸收光程，单位cm。
量恰好等于它旳某两个 能级旳能量之差旳光子， 吸收旳光子后旳分子将 从低能态激发到较高旳 能态上，在激发态停留 很短旳时间后，有经过 释放出光子回到稳定态， 这就是气体分子旳选择 吸收理论。
3.光谱吸收型传感器原理及 检测措施 3.5检测措施 • 目旳：克制噪声，提升敏捷度
单波长差分 ➢ 差分吸收技术
THANKS
3.光谱吸收型传感器原理及 检测措施
优点：有效消除光路干扰和光源强 度变化旳影响，敏捷度高 缺陷：斩波器旳使用，使得稳定性 不高；滤波片旳使用，使得有用光 功率不足。
3.光谱吸收型传感器应用
近年来，吸收型光纤气体传感器已得到实际应用， 如分布反馈式半导体激光器（DFBLD）构成旳能够 同步检测甲烷和乙炔2种气体旳谐波检测系统以及由 LED构成旳甲烷时间差分检测系统。
3.光谱吸收型传感器原理及 检测措施
光源
一种光纤气体传感器气室制造技术
一种光纤气体传感器气室制造技术摘要：一、光纤气体传感器的简介二、光纤气体传感器气室的制造技术1.气室的结构设计2.制造材料的选择3.制造工艺流程三、光纤气体传感器气室制造技术的优势四、应用领域及前景正文：光纤气体传感器是一种利用光纤的特性，通过检测气体与光纤的相互作用，从而实现对气体的检测和测量的传感器。
近年来，随着光纤通信技术的不断发展，光纤气体传感器在我国得到了广泛的关注和应用。
其中，光纤气体传感器气室的制造技术是关键环节之一。
一、光纤气体传感器的简介光纤气体传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强、响应速度快、测量范围广等优点，可广泛应用于石油、化工、环保、燃气、冶金等领域。
二、光纤气体传感器气室的制造技术1.气室的结构设计光纤气体传感器气室是光纤气体传感器的重要组成部分，其结构设计需满足对气体的高效吸附和良好的透气性。
此外，还需考虑气室与光纤的连接方式，以及气室与外部电路的连接方式。
2.制造材料的选择气室的制造材料需具有优良的力学性能、化学稳定性和热稳定性。
目前常用的材料有硅胶、聚氨酯、聚乙烯等。
3.制造工艺流程光纤气体传感器气室的制造工艺主要包括：材料准备、气室成型、气室处理、光纤连接等步骤。
其中，气室成型是关键工艺，主要包括热压成型、注塑成型、硅胶固化等方法。
三、光纤气体传感器气室制造技术的优势1.具有良好的透气性、吸附性和稳定性；2.制造过程简单、成本低；3.具有良好的抗电磁干扰性能；4.与光纤连接方便，易于实现传感器的小型化。
四、应用领域及前景光纤气体传感器气室制造技术广泛应用于石油、化工、环保、燃气、冶金等领域，对提高我国相关产业的自动化水平具有重要意义。
基于光纤传感器的气体检测技术研究
基于光纤传感器的气体检测技术研究近年来，气体检测技术在工业生产、环境保护和安全防护等领域发挥着重要作用。
随着光纤传感器技术的不断发展，基于光纤传感器的气体检测技术逐渐崭露头角。
本文将就基于光纤传感器的气体检测技术的原理、应用和发展趋势进行详细探讨。
一、基于光纤传感器的气体检测技术原理基于光纤传感器的气体检测技术是利用光纤作为传感器的感知元件，通过测量光的传输特性来检测气体浓度的一种技术。
其中，最常用且最简单的是基于吸附效应的光纤传感器。
这种传感器通过在光纤表面吸附目标气体，改变光纤的传输特性，从而实现对气体浓度的检测。
二、基于光纤传感器的气体检测技术应用1. 工业生产领域基于光纤传感器的气体检测技术在工业生产领域广泛应用，如化学工业、石油化工、电力等行业。
这种技术可以实时监测和控制空气中有害气体的浓度，提前发现潜在的危险，确保生产环境的安全。
2. 环境保护领域光纤传感器的气体检测技术也在环境保护领域起到重要作用。
例如，对于大气中的空气污染物，可以使用光纤传感器检测其浓度变化，实时监测环境质量，为环境治理和改善提供科学依据。
3. 安全防护领域基于光纤传感器的气体检测技术在安全防护领域应用广泛。
例如，在煤矿等有爆炸危险的地方，可以利用光纤传感器实时监测瓦斯等有害气体的浓度，及时预警并采取措施保障矿工的生命安全。
三、基于光纤传感器的气体检测技术的发展趋势1. 多元化检测未来，基于光纤传感器的气体检测技术将朝着多元化方向发展。
不仅可以检测单一气体的浓度，还可以同时检测多种气体的浓度，并实现对气体组分的精确分析。
2. 远程监测随着通信技术的进步，基于光纤传感器的气体检测技术将不再局限于局域网内的监测，而是可以实现远程监测。
通过互联网技术，可以远程接入光纤传感器，实时监测目标气体浓度，提高监测的灵活性和实用性。
3. 快速响应基于光纤传感器的气体检测技术在实时性上仍有提升空间。
未来，随着传感器技术的进步，传感器将变得更加灵敏，能够更快速地响应气体浓度的变化，提高检测的准确性和可靠性。
光纤气体传感器专利技术综述
光纤气体传感器专利技术综述摘要：本文立足于专利文献，对光纤气体传感器的专利申请进行了梳理，分析了光纤气体传感器专利技术的申请趋势和关键技术的发展历程，有助于技术人员了解技术的发展脉络及相关技术的分布。
关键词：光纤，气体，传感器，专利分析Summary of Patent Technology for Fiber Gas SensorLi Weiwei Wu Shanshan1 Li Zhan Yuan Li(Patent Examination Cooperation Henan Center of the Patent Office, CNIPA, Zhengzhou Henan 450018)Abstracts: From the perspective of the patent, this paper combs the patent applications of optical fiber gas sensor, and analyses the application trends and development history of key technologies of fiber gas sensing patent technology. It helps technicians to learn the development of the technology and the relevant technical distribution in the field.Key words: fiber; gas; sensor； patent analysis一、引言随着工业发展、人口增加、森林砍伐等原因，空气中有毒有害气体的含量不断上升，而人们对生态环境的变化越来越关注，因此对各种污染气体进行实时监测具有重要的现实意义。
光纤气体传感器是把气体中的特定成分检测出来，并转换成电信号的器件，从很早就进入人们的视线，将其用来对有毒、有害气体的探测，可安全地用于易燃易爆或其他恶劣环境的气体检测。
光纤气体传感器原理
光纤气体传感器原理
光纤气体传感器是一种基于光学原理进行气体测量的传感器。
其原理是利用气体对光的吸收特性来测量目标气体的浓度。
光纤气体传感器的传感元件一般由光源、光纤、气体传感层和光学探测器组成。
光源发出的光经导光纤传输到气体传感层，在该层中，目标气体会吸收或散射一部分光，被吸收或散射的光经光纤传回光学探测器进行检测。
气体传感层通常包括感光材料和滤波层。
感光材料可以是具有吸收特性的气敏材料或光学薄膜，其对目标气体有选择性的吸收。
滤波层用于选择光源发出的特定波长的光进入感光材料，以增强传感器的测量灵敏度和选择性。
光学探测器一般是光电二极管或光电倍增管。
当被吸收或散射的光进入光学探测器后，其会产生与光强相关的电信号。
通过测量这些电信号的强度，可以推导出目标气体的浓度。
为了提高测量的准确性和稳定性，光纤气体传感器还会配备相应的电路和信号处理系统。
这些系统能够校正光源和光学探测器的非线性特性和温度漂移，并通过算法对原始数据进行处理，得到可靠的气体浓度结果。
光纤气体传感器具有结构简单、响应速度快、抗干扰能力强等优点，适用于各种气体浓度的测量。
在环境监测、工业生产和安全检测等领域有着重要的应用价值。
光纤气体传感器
光纤甲烷检测系统
光谱吸收式光纤气体传感器国外研究现状
1990年，H. Tai和K. Yamamoto等利用1.66μm单 模分布反馈式(DFB LD)半导体激光器，采用了波 长(频率)调制的谐波检测方法，室温下检测甲烷 气体浓度，最小可探测灵敏度可达20 ppm。这一 系统将可调谐半导体激光光源(DFB LD)，波长调 制谐波检测和光纤技术结合起来，获得了很高的 探测灵敏度。在以后的很长一段时间内，沿着这 种技术方向，又有一些光纤气体探测系统被报道 出来。
光纤甲烷检测系统
光谱吸收式光纤气体传感器国外研究现状
1992年，H. Tai给出了采用两个DFB LD光源组成一个复 合光源，在同一个光纤传感系统中同时测量甲烷和乙炔的 实验系统。这个系统中的传输光纤长4km，气室长10cm， 检测系统采用波长调制的谐波检测技术，甲烷的最小可探 测灵敏度为5ppm，乙炔的最小可探测灵敏度为3ppm，气 体间的串扰很小，可以忽略，是一种传感器的复用方法。 V. Weldon在1993年和1994年分别报道了采用一个1.64μm 可调谐DFB激光器同时测量甲烷和二氧化碳及一个1.57μm 可调谐DFB激光器同时测量硫化氢和二氧化碳气体的实验 研究，其最小探测灵敏度都优于10ppm。
光纤甲烷检测系统
光谱吸收式光纤气体传感器国外研究现状
为了光纤气体传感技术的工程应用，人们更加关 注气体传感的噪声分析。通过对谐波检测技术的 分析，有人提出了优化谐波检测技术参数的方法。 靳伟博士和G. Stewart对气体传感中相干噪声的来 源及消除方法进行了深入的研究。其中G. Stewart 建立了光纤气体传感头端反射噪声的模型，而靳 伟博士则提出了光纤气体传感系统中反射相干信 号的更普遍模型，并且对单点气体传感器做了比 较全面的噪声误差分析，给出了理论极限
光纤气体传感器TDLAS及相关技术
常用气体检测技术比较气体检测仪从检测机理上可分为热催化、光干涉、气敏半导体、电化学、红外吸收等几大类，其中市场以热催化组件为主导。
主要气体检测技术性能比较Beer -Lambert 定律Beer -Lambert 定律描述，电磁辐射与原子和分子间的相互作用是光谱遥感探测污染物成分以及特性的基础，根据环境中痕量气体成分在紫外、可见和红外光谱的特征吸收性质来反演其浓度。
可调谐二极管激光光谱吸收技术作为光学遥感方法的一种，是用几百米到几公里，甚至更长的光程代替了传统试验室中的取样池，采用检测激光光束的透射谱，即使光束从待测气体的一侧入射通过污染气体，在另一端出射用探测器接收的方法。
发射器与接收器间的距离确定了光程(大气的折射率近似为1.0)，测量原理基于Beer -Lambert 定律。
在Beer -Lambert 定律中，一些基本概念如下：透射率（纵坐标--透射光谱）：0()()100%()I T I γγγ=⨯吸光度（纵坐标--吸光光谱）：1()()lg I A γγ=波长和波数的关系：波长（um ）⨯波数（1cm -）=100000()()exp(())I I C L λλσλ=-⋅⋅其中，()I λ为为透射光谱强度;0()I λ为激光的初始强度;()σλ则表示在波长入处的分子吸收系数，C 即为吸收物质的浓度，L 为总的光程。
进一步，根据实际应用要求，将上面的公式改进为：0()()exp(()())I I P S T C L λλφλ=-⋅⋅⋅其中，()S T 为谱线的线强度，只与温度有关，单位(cm -2Mpa)，可以运用HITRAN 数据库直接进行计算得出;P 为气体的总压，单位Mpa;()φλ为线性函数，表示被测吸收谱线的性质与温度、压强和气体的种类等有关。
可调谐二极管激光吸收检测技术可调谐二极管激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy TDLAS )是一种吸收光谱技术，通过分析测量光束被气体的选择吸收获得气体浓度。
光纤气体传感器综述
光纤气体传感器综述光纤气体传感器是一种基于光学原理的传感器，它通过光纤的传输特性来检测气体的浓度、压力、温度等参数。
相比传统的电气传感器，光纤气体传感器具有更高的灵敏度、更广的测量范围和更好的抗干扰能力，因此在环境监测、工业生产、医疗诊断等领域得到了广泛应用。
光纤气体传感器的工作原理是利用光纤的传输特性来检测气体的浓度、压力、温度等参数。
当光线通过光纤时，会受到气体的吸收和散射，从而改变光线的强度和频率。
通过测量光线的强度和频率变化，就可以确定气体的浓度、压力、温度等参数。
光纤气体传感器的优点主要有以下几点：1. 高灵敏度：光纤气体传感器可以检测非常微小的气体浓度变化，因此具有非常高的灵敏度。
2. 宽测量范围：光纤气体传感器可以测量非常广泛的气体浓度范围，从几个ppm到几百ppm甚至更高。
3. 抗干扰能力强：光纤气体传感器可以抵抗电磁干扰、温度变化、湿度变化等干扰因素，因此具有非常好的抗干扰能力。
4. 可靠性高：光纤气体传感器具有非常高的可靠性和稳定性，可以长期稳定地工作。
5. 体积小、重量轻：光纤气体传感器体积小、重量轻，可以方便地集成到各种设备中。
光纤气体传感器的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 环境监测：光纤气体传感器可以用于检测空气中的有害气体浓度，如二氧化碳、一氧化碳、甲醛等，可以用于室内空气质量监测、工业废气排放监测等。
2. 工业生产：光纤气体传感器可以用于检测工业生产过程中的气体浓度、压力、温度等参数，可以用于化工、石油、冶金等行业的生产过程监测。
3. 医疗诊断：光纤气体传感器可以用于检测人体呼出气体中的成分，可以用于呼吸道疾病的诊断、肺癌的早期筛查等。
4. 安防监控：光纤气体传感器可以用于检测燃气泄漏、火灾等安全隐患，可以用于建筑物、地铁、隧道等场所的安防监控。
总之，光纤气体传感器具有非常广泛的应用前景，可以为环境保护、工业生产、医疗诊断、安防监控等领域提供有效的解决方案。
光纤气体传感器
光纤气体传感器引言光纤气体传感器是一种使用光纤技术来监测和检测气体浓度的设备。
它具有高灵敏度、快速响应、低功耗等优点，因此在各种工业应用领域广泛使用。
本文将介绍光纤气体传感器的工作原理、应用领域以及未来发展趋势。
工作原理光纤气体传感器利用光的传输特性来实现气体浓度的检测。
其工作原理基于气体分子与光子之间的相互作用。
当气体分子中存在目标气体时，目标气体分子会与光纤中传输的光信号发生相互作用，改变光的传输特性。
通过测量这种改变，可以间接地获得气体浓度的信息。
光纤气体传感器通常由光源、光纤、传感器元件和信号处理单元组成。
光源通过光纤传输光信号到传感器元件中，传感器元件将光信号与目标气体进行相互作用，然后再通过光纤将信号传输回信号处理单元进行处理和分析。
应用领域光纤气体传感器在工业和环境监测中有广泛的应用。
以下是一些典型的应用领域：工业过程监测光纤气体传感器可以用于工业过程监测，例如化工厂中的有害气体检测、燃烧过程中的燃气排放检测等。
通过检测和监测气体浓度，可以确保工业过程的安全性和稳定性。
环境监测光纤气体传感器可以应用于环境监测中，例如大气污染物的监测、地下水的污染物检测等。
通过对环境中气体浓度的监测，可以有效地评估环境质量，并采取相应的保护和治理措施。
医疗诊断光纤气体传感器可以应用于医疗诊断中，例如呼吸气体中二氧化碳、氧气等气体的监测。
通过监测呼吸气体中气体浓度的变化，可以及时发现和诊断患者的呼吸系统疾病。
气体泄漏检测光纤气体传感器还可以用于气体泄漏检测，例如天然气管道中的泄漏检测、化学实验室中的有害气体泄漏检测等。
通过实时监测气体浓度的变化，可以及时发现并采取相应的安全措施，保障人员和设备的安全。
未来发展趋势光纤气体传感器在传感器技术领域具有广阔的应用前景，也面临着一些挑战。
以下是一些未来发展的趋势：高灵敏度随着科技的发展，人们对气体传感器的灵敏度要求越来越高。
传统的光纤气体传感器已经取得了很大的进展，但在一些特定的应用领域还需要进一步提高灵敏度以满足需求。
光纤气体传感器综述
光纤气体传感器综述随着科技的发展和应用的需求，气体传感器在环境监测、工业生产、医疗诊断等领域起着至关重要的作用。
而光纤气体传感器作为一种新兴的传感技术，在气体检测领域具有广泛的应用前景。
本文将对光纤气体传感器的原理、优势和应用进行综述。
一、光纤气体传感器的原理光纤气体传感器利用光纤的特性进行气体检测，其原理可以分为两种类型：吸收型和散射型。
吸收型光纤气体传感器是利用气体分子对特定波长光的吸收特性来检测气体浓度的变化。
当光纤传输的光束经过被测气体时，气体分子会吸收特定波长的光，使光强发生变化。
通过测量吸收光的强度变化，可以得到气体的浓度信息。
散射型光纤气体传感器则是利用气体分子对光的散射作用来检测气体浓度的变化。
当光纤传输的光束经过被测气体时，气体分子会散射部分光线，使光强发生变化。
通过测量散射光的强度变化，可以得到气体的浓度信息。
二、光纤气体传感器的优势与传统的气体传感器相比，光纤气体传感器具有以下优势：1. 高灵敏度：光纤气体传感器能够实现对微小浓度变化的检测，具有很高的灵敏度。
2. 快速响应：光纤气体传感器采用光学信号传输，传感器与检测器之间无需电信号传输，具有快速响应的特点。
3. 高稳定性：光纤传感器不受电磁干扰，具有较高的稳定性和可靠性。
4. 多通道检测：光纤气体传感器可以通过增加光纤传感器的通道数量，实现对多种气体的同时检测。
5. 长距离传输：光纤传感器可以实现远距离的信号传输，适用于需要长距离信号传输的场景。
三、光纤气体传感器的应用光纤气体传感器在环境监测、工业生产、医疗诊断等领域具有广泛的应用。
1. 环境监测：光纤气体传感器可以用于大气污染物、有害气体等环境因素的监测与检测，为环境保护提供重要依据。
2. 工业生产：光纤气体传感器可以用于工业生产中有害气体的检测与控制，保障工作场所的安全。
3. 医疗诊断：光纤气体传感器可以用于医疗诊断中气体浓度的监测，如呼吸氧浓度、麻醉剂浓度等，为医疗人员提供可靠的数据支持。
光纤气体传感器
本科毕业论文（设计）光纤气体传感器的研究摘要在现代生产、生活中，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，因此对于空气中的有害气体的实时检测显得尤为重要。
尤其是像煤炭和化工等领域，对空气中有毒、有害气体的监测预报是亟待解决的问题。
而光纤气体传感器在此领域内的应用及研究正蓬勃发展。
本文首先根据测量方法的不同对光纤气体传感器进行分类，然后分别介绍每一种光纤气体传感器原理，分析及对比其各自的优缺点，接着落脚于目前生活中最有用途和最接近实用化的光谱吸收型光纤气体传感器，介绍其测量原理及特点，并对差分吸收检测和谐波检测两种基本的光纤气体传感器检测技术进行了详细的比较。
最后通过举例介绍分布反馈式半导体激光器（DFBLD）构成的能够同时检测甲烷和乙炔两种气体的谐波检测系统以及由LED构成的甲烷时间差分检测系统，来进一步说明光纤气体传感器在实际生活中的应用。
关键词：光纤气体传感器；光谱吸收型；差分吸收检测；谐波检测The Research of Optical Fiber Gas SensorAbstractIn modern production and life, with the improvement of living standards, the demands of human on the purification of ecological environment are getting higher and higher. Therefore, the real-time detection of the harmful gases in the air is particularly important. Especially as areas such as coal and chemicals, the detection and prediction of the toxic air, toxic gas monitoring and forecasting is a serious problem which should be solved. And the application and research of fiber-optic gas sensor in this field are booming. In this paper, firstly, based on different measurement methods, I make optical gas sensors to classify, and then introduced each of the principle of optical fiber gas sensor, analysis and comparison of their respective advantages and disadvantages. Then settled in the spectral absorption-based fiber-optic gas sensor which is the most closest to the practical use in the present life, introduce its measuring principle and characteristics, and carry out a detailed comparison of the differential absorption detection and the harmonic wave detection which are two basic fiber-optic gas sensor detection techniques Finally, through the examples of harmonic wave Detection System which is composed with the distributed feedback semiconductor laser (DFBLD) and can detective two gases as methane and acetylene at the same time As well as the methane time-difference detection system which is composed with the LED to make a further illustration about the applications of optical fiber gas sensor in real life.Key words: fiber-optic gas sensor; spectral absorption type; differentialabsorption detection; harmonic wave detection目录第一章引言 (5)第二章光纤气体传感器的介绍、分类及原理 (5)2.1 光纤气体传感器的分类 (5)2.1.1 传感型光纤气体传感器 (5)2.1.2 传光型光纤气体传感器 (6)2.2渐逝场型光纤气体传感器 (6)2.3荧光型光纤气体传感器 (7)2.4染料指示剂型光纤气体传感器 (7)2.5 折射率变化型光纤气体传感器 (8)2.6多点复用型光纤气体传感器 (9)2.7 光谱吸收型光纤气体传感器 (9)第三章光谱吸收型光线气体传感器的原理及检测方法 (10)3.1 吸收型光纤气体传感器的基本原理 (10)3.2光谱吸收型光纤气体传感器的的检测方法 (11)3.2.1 差分吸收检测 (11)3.2.2谐波检测 (12)第四章光谱吸收型光纤气体传感器的应用 (13)4.1甲烷和乙炔谐波检测系统 (14)4.2甲烷气体差分检测系统 (15)第五章总结 (16)光纤气体传感器的研究第一章引言工程测试过程中，及时、准确地对易燃、易爆、有毒、有害气体进行监测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。
光纤传感器的文献综述
ZIGBEE路由分析摘要ZIGBEE作为新一代无线通信技术的命名，是一种高可靠的无线数传网络技术，是基于IEEE802.15.4标准的一种具有强大组网能力的新型无线个域网，所以其稳定可靠的路由就成了研发工作的重点。
本文重点综述了ZIGBEE无线传感网的网络结构，协议网络层的路由算法，分析了Z-AODV路由和Cluster-Tree路由的协议并在此基础上提出了ZIGBEE的基于Mesh路由的路由选择机制，该机制在网络性能和低功耗方面有明显的优势，适合未来通信网络发展的方向。
关键词：ZIGBEE协议；路由算法；Z-AODV路由ZIGBEE路由分析1前言无线传感网络采用了微小型的传感节点来获取信息，它们的节点之间具有自动组网和协调工作的能力，网络内部采用了无线的方式来采集和处理信息。
基于ZIGBEE网络技术是一种短距离，低成本的无线网络技术，在监控领域，以及传感和自动工业控制得到普片的应用，因此是国家安全还是国民经济等方面均有着广泛的应用前景。
最终将成为数字世界和现实世界的接口并深入到人们的生活中，它有着广阔前景，将像互联网一样改变着人们的生活。
因而对ZIGBEE无线传感网络协议的层路由分析计算，以及链路控制在实际应用中显得非常重要，且意义重大。
经过多年的研发讨论，ZIGBEE联盟于2004年12月，在IEEE 802.15.4 定义的物理层（PHY）和媒体接入层（MAC）的基础上定义了网络层和应用层，正式发布了基于IEEE 802.15.4的ZIGBEE标准协议，它将推动物联网的飞速发展，加速无线数传的更新进步[1]。
2 ZIGBEE网络层的结构在ZIGBEE网络中将终端的设备分为两类：一类是全功能设备（FFD），它的空间很大，用来处理和存放路由信息，它就是网络中的协调者，可以同网络中的任何设备进行通信，切实用于任何一种网络拓扑结构，起到网关的作用；另一类设备就是就是简化功能设备（RFD）,这种设备功耗很低、内存空间较小，它在网络中的功能就是与（FFD）通信，应用范围受一定的限制，只能用于星型拓扑结构中，在网络中作为基本的传感节点来采集信息并将其信息传给相应的网关节点，他们的通信关系如下图。
光纤传感技术综述
光纤传感技术综述摘要光纤传感及其相应技术在经过了二十余年的研究和探索,已逐步迈入了实用化阶段.本文对光纤传感技术进行综述，特别对于光纤传感技术近年的发展做详细介绍。
随着光纤技术与相关光电子元器件的发展，光纤传感技术正逐步成为继光纤通信产业发展之后又一大光纤应用技术产业。
光纤传感作为传感技术中一个重要分支正不断为工业、农业、交通、能源、医疗卫生、科学技术以及军事技术的信息化提供愈来愈多的服务，并愈来愈为人们所认识与接受。
关键词：应用；产业化；进展目录第一章什么是光纤传感技术 (2)1.1光纤传感技术的定义 (2)1.2光纤传感技术简介 (2)1.3光纤传感技术应用 (3)第二章光纤传感技术的发展 (4)2.1光纤传感技术发展与产业化 (4)2.2几种光纤传感器发展现状 (5)2.3光纤传感技术的未来发展趋势 (7)结束语 (8)参考文献 (8)第一章什么是光纤传感技术1.1光纤传感技术的定义光纤传感技术是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。
作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点。
光波不怕电磁干扰，易为各种光探测器件接收，可方便的进行光电或电光转换，易与高度发展的现代电子装置和计算机相匹配。
1.2光纤传感技术的简介光纤工作频带宽，动态范围大，适合于遥测遥控，是一种优良的低损耗传输线；在一定条件下，光纤特别容易接受被测量或场的加载，是一种优良的敏感元件；光纤本身不带电，体积小，质量轻，易弯曲，抗电磁干扰，抗辐射性能好，特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。
因此，光纤传感技术一问世就受到极大重视，几乎在各个领域得到研究与应用，成为传感技术的先导，推动着传感技术蓬勃发展。
光纤传感，包含对外界信号（被测量）的感知和传输两种功能。
所谓感知（或敏感），是指外界信号按照其变化规律使光纤中传输的光波的物理特征参量，如强度（功率）、波长、频率、相位和偏振态等发生变化，测量光参量的变化即“感知”外界信号的变化。
光纤气体传感器
• 光纤气体传感器的工作原理：利用光纤作为传输介质，通过检测气体分子对光的吸收、散射等效应，实现对气体浓度的测量
• 优势：高灵敏度、高选择性、稳定性好、抗干扰能力强等 我正在写一份主题为“光纤气体传感器”的PPT,现在准备介绍“光纤气体传感器的应用领域与 案例分析”,请帮我生成“应用领域”为标题的内容 应用领域
稳定性好：长期 使用性能稳定， 可靠性高
04
光纤气体传感器的 应用场景
工业过程控制
监测和优化生产过程
确保产品质量和安全
提高生产效率和降低成本
实现远程监控和自动化管 理
环境监测
监测空气质量：光纤气体传感器可以用于监测空气中的有害气体含量，如二氧化硫、氮氧化物 等，以保护环境和人类健康。
监测工业排放：光纤气体传感器可以用于监测工业排放中的有害气体，以确保企业遵守环保法 规，减少对环境的影响。
监测环境温度和湿度：光纤气体传感器可以同时监测环境温度和湿度，以帮助预测和应对气候 变化。
监测土壤污染：光纤气体传感器可以用于监测土壤中的有害物质，如重金属、农药等，以保护 土壤资源和生态环境。
医疗诊断
呼吸系统疾病 诊断：通过检 测呼出气体中 的成分，辅助 医生进行疾病
诊断
麻醉监测：实 时监测手术过 程中麻醉气体 的浓度，确保
03
光纤气体传感器的 结构与特点
结构组成
光源：发射特定 波长的光
光纤：传输光信 号
气体吸收池：气 体吸收特定波长 的光
检测器：检测光 信号的变化
工作原理
光纤气体传感器的工作原理是利用光在气体中的吸收和散射特性来检测气 体浓度。
气体传感技术综述
光纤气体传感器综述郑婉君摘要：光纤气体传感器是20世纪80年代出现的一种新型传感器, 由于它在技术上的各种优点使其在气体检测中得到广泛的应用。
本文介绍了光纤气体传感器的分类及各类光纤气体传感器的基本原理。
关键词：光纤传感，气体传感器一.引言近三十年来，伴随着光纤和光通信技术的高速发展，光纤传感器逐渐成为研究的主流。
由于光纤气体传感器具有抗干扰性强、本质安全、可利用现有光通信技术和器件、便于组成传感网络等特点，使得其相比传统气体传感器有着无可比拟的优势[1]，这种传感技术具有测量灵敏度高，气体鉴别能力好，响应速度快，耐高温及潮湿能力强，气体传感探头(气体吸收盒)简单可靠以及易于形成网络等优点，因而是目前最有前途的一种气体传感技术。
它已应用在社会生活的许多方面: 工业气体在线监测、有害气体分析、环境空气质量监测和爆炸气体检测以及对火山喷发气体的分析[2-6]等。
二.光纤气体传感器的介绍与分类近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。
在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。
光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。
光纤气体传感器作为一个重要的分支在生活中越来越广泛地被应用。
2.1光纤气体传感器介绍光纤气体传感的检测原理主要是通过检测光信号与外界被测气体参数相互作用后的参量改变反映气体的成分与浓度，可能引起包括光波强度、频率、偏振态、相位、非线性等的变化，从这些变化的光参数中提取被测气体参数的信息。
2.2光纤气体传感器分类光纤气体传感器根据传感原理分两大类:一类是传感型光纤气体传感器也称为功能型传感器，光纤在传感系统中不仅具有传输光的作用同时又是系统中的传感元件，该传感器需采用特种光纤(光子晶体光纤) 或对光纤进行化学物理预处理。
光纤气体传感器总结
光纤气体传感器调研总结光纤气体检测综述1.1 国内外光纤气体检测技术的发展气体传感器是一种把气体中的特定成分检测出来, 并转换成电信号的器件, 人们很早就开始了气体传感器的研究, 将其用来对有毒、有害气体的探测, 对易爆、易燃气体的安全报警。
对人类生产生活中所需了解的气体进行检测、分析研究等 , 使得它在工业生产和日常生活中起到耳目的作用。
光纤传感技术是一项正在发展中的具有广阔前景的新型高技术。
由于光纤本身在传递信息过程中具有许多特有的性质 , 如光纤传输信息时能量损耗很小 , 给远距离遥测带来很大方便。
光纤材料性能稳定 , 不受电磁场干扰 , 在高温、高压、低温、强腐蚀等恶劣环境下保持不变所以光纤传感器从问世到如今 , 一直都在飞速发展[1]。
世界上已有多种光纤传感器，诸如位移、速度、加速度、压力、流量等物理量都实现了不同性能的光纤传感。
光纤气体传感技术是光纤传感技术的一个重要应用分支，主要基于气体的物理或化学性质相关的光学现象或特性。
近年来，它在环境监测、电力系统以及油田、矿井、辐射区的安全保护等方面的应用显示出其独特的优越性[2]。
1989 年，西安应用光学研究所的郭栓运对光纤气体传感器展开研究，在应用光学杂志上介绍了差分光谱吸收的基本原理，给出了实验框图和应用实例[15]。
1992 年，中国矿业大学的王耀才等在光纤通信技术杂志上介绍了吸收型光纤瓦斯传感技术和干涉型瓦斯传感器的原理，并对其在煤矿重的应用前景做了探讨[16]。
1997 年，山东矿业学院的曹永茂等人针对光纤瓦斯传感器光波波长的选择展开讨论，提出根据传感器技术指标来确定光纤瓦斯传感器的基本参数，并建立了相应的数学模型[17]。
1999 年，大连理工大学刘文琦等人报道了一种新型透射式光纤甲烷传感器，用1.31μｍ InGaAsP 型 LED 做光源测量甲烷浓度，通过研究制备一种纳米级多透射膜，增强了甲烷气体对激光的光谱吸收[18]。
光纤气体传感器综述
光纤气体传感器综述
陈娟;冯锡钰;蒲春华
【期刊名称】《长春工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】1997(000)003
【摘要】综述了气体传感器的基本种类，论述了国内外各类纤维气体传感器的工作原理，特点及发展状况。
【总页数】1页(P14)
【作者】陈娟;冯锡钰;蒲春华
【作者单位】吉林工学院自动化及电气工程系;大连理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.基于石英光纤特性的相关研究及新型光纤传感器方面的综述 [J], 陈冀景
2.利用光纤甲烷气体传感器实现井下气体的分布式测量 [J], 周游;刘永智
3.光纤光栅调制式光纤甲烷气体传感器的研究 [J], 王玉田;刘瑾;杨海马
4.光纤气体传感器及其组网技术综述 [J], 陈慧;姚建铨;陈曦
5.动量式光纤气体流速传感器的设计与建模 [J], 胡浩;钟丽琼;王廷均;浦创
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要应用 ｊ ， 对 于 光 纤 传 感 器 在 气 体 探 测 上 的 应 用 的 研
究 也 从来 没有 间 断过 。另 外 ， 大气 污染 检测 和工业 过 程控制都要求 多点 ， 多参量气体 的监 测和控制 ， 光 纤气体传
光纤传感器有着非常多的独特优势 ， 特别适 于在恶劣和 危险环境中使用 ， 因此 ， 在有毒气体浓度 或体积分数测量 方
２ ０ １ ３年 第 ３ ２卷 第 ９期
传感 器与微系统 （ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｄ ｕ ｃ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ）
９
光 纤 气 体 传 感器 及 其 组 网技 术 综 述
陈 慧 ，姚建铨 ，陈 曦
ｃ ｏ ｄ ｅ ｄ ｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｎ ｇ （ Ｃ Ｄ Ｍ） ， ａ ｓ ｗ ｅ ｌ ｌ ａ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｄ ，
（ 天津大学 精密仪 器与光电子工程学院 激光与光 电子研究所 。 天津 ３ ０ ０ ０ ７ ２ ）
摘
要 ：综 述了光纤气体传感器及其组 网方 式 ， 分别介绍 了波分 复用 、 频分 复用 、 空分复用 以及码分 复用
的技术 ， 并分析 了各种方法 的优缺点 ， 最后讨论 了光纤气体传感器的发展方 向。
ｄ ｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｎ ｇ （ ＷＤ Ｍ） ， ￣ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｄ ｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｎ ｇ（ Ｆ Ｄ Ｍ） ， ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｄ ｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍｕ ｈ ｉ ｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｎ ｇ （ Ｓ Ｄ Ｍ） ａ ｎ ｄ
ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐｍｅ ｎ ｔ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｏ ｐｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｉｂ ｆ ｅ ｒ ｇ ａ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｉ ｓ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄ ｓ： ｇ ａ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ；ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｅ ｎｓ ｏ ｒ ；ｇ ａ ｓ ｓ ｅ ｎｓ ｉ ｎｇ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ；ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
关 键词 ：气体传感器 ； 光纤传 感器 ； 气体传感 网 ； 复用技术
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｐ ２ １ ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ０ － － ９ ７ ８ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ － ０ ０ ０ ９ － － ０ ３
Ｒｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｎ ｏ ｐｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｉｂ ｆ ｅ ｒ ｇ ａ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ
０ 引 言
纤不仅作为光传播 的介质 ， 而且 具有测 量的功 能。而且光
光纤气 体传感器 以响应快 、 耐腐 蚀 、 不受 电磁 干扰 、 可
灵活复用等优势 Ｅ １ Ｊ ， 已在煤 炭 、 化工 、 石 油等部 门 中有 了重
纤传感器在测 量液体和气体 浓度或体积分数时所使 用的方
法也不尽相 同。
Ｏｐ ｔ ｏ － Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｕｎ ｉｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ ０ ７ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｆ ｉ ｂ ｅ ｒ ｇ ａ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｎ ｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｍｏ ｄ ｅ ． Ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｗ ａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
与该气体的浓度或体积分数有关 ， 光源发出的光通过含有一 定浓度或体积分数气体的气室后 ， 通过测量 吸收强度就可以
根据 Ｌ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ｔ — Ｂ ｅ ｅ ｒ 定 律得到气体浓度或体积分数 。 李洁 、 严 高师等人 根据红外光谱 吸收原理提 出了测 量 Ｃ Ｏ气体 的浓 度或 体积分 数 的装置 ， 该系 统选择 了不 与 Ｃ Ｏ ，和水蒸 汽重叠的 １ ． ５ ７ Ｉ ｘ ｍ 的吸收 峰 ， 并 且使 用两端 加
面有着非常广泛 的应用 。光纤气体 传感 器一般是利用 光谱
吸收的原理 ， 每一种气体都有 特定 的吸收谱 ， 其吸收强度
感器 的复用不仅 可以大 大降低 整个 系统 的成 本 ， 而且 由于
大量减少 了连接光纤 的数 量 ， 复用 和简化 了系统 光源 和信 号检测处理 系统 ， 因此 ， 系统可靠性也大大增 强。采用 各种
ｎｅ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎｇ ｔ ｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｃ ＨＥＮ Ｈｕ ｉ ，ＹＡＯ Ｊ ｉ ａ ｎ — ｑ ｕ ａ ｎ，Ｃ ＨＥＮ Ｘｉ
（ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｐｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ Ｏｐ ｔ ｏ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｌａ ｓ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ