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
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。
表面污染问题严重，其中多聚物包 层光纤对相对温度、湿度、渐逝场 的强度依赖性大；需加工
斩波器的使用使得稳定性不高，滤 波片的使用使得有用光功率不足 需求光源可调谐范围较宽，频率稳 定度高，光源驱动较复杂 传感探头带电，难以实现遥测，且 需要大功率输出光源
谐波检测
光吸收热效应
灵敏度较高
光纤甲烷检测系统
最早应用光谱吸收式光纤传感技术进行气体浓度测试研究 的是日本Tohoku大学的H. Inaba和K. Chan等，他们在光 纤透射窗口波段范围内，做了一些气体传感的基本研究。 1979年，他们提出利用长距离光纤进行大气污染检测。 1981年，他们又报道了光纤二氧化氮气体浓度的检测实验。 利用二氧化氮在400nm处和800nm处的较宽吸收峰，用 LED作光源进行二氧化氮的直接吸收测量，与此同时，还 进行了光纤化的甲烷气体浓度测量实验研究，并于1983年 用LED作为宽带光源，配合窄带干涉滤光片，对甲烷在 1331.2nm附近的Q线进行检测，系统最小可探测灵敏度为 25%LEL(气体爆炸下限)
光纤甲烷检测系统
瓦斯爆炸是影响煤矿安全重大威胁之一。据统计， 我国煤矿爆炸事故近80%是由瓦斯气体爆炸引起 的。瓦斯的主要成分是甲烷，约占瓦斯气体的 83%~89%。
当空气中的甲烷浓度约为5.3%到15%时，遇火源 就会爆炸；在无火源情况下，当空气中的甲烷浓 度达到50%，能使人因缺氧而窒息死亡。 为了预防与控制事故的发生，最大限度地减少人 员伤亡，研究能在线实时快速检测甲烷气体浓度 的仪器是十分必要的。
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
1987年J. P. Dakin和C. A. wade等人报道了一种利 用梳状滤波器和宽带光源(LED)测量甲烷气体浓 度的方法。入射光可覆盖一簇气体吸收峰，通过 气体吸收后，光谱被调制为梳状。这种方法适合 于甲烷和乙炔等具有梳状吸收峰的气体。 1988年，A. Mohebati和T. A.King用1.33μm的 InGaAsP多模激光器测量了甲烷气体的浓度，采 用波长差分吸收法，室温下可以测量最小灵敏度 可达1000 ppm。
湖南立胜 黑龙江鹤岗 河南省平顶山 重庆市綦江县 山西屯兰
Leabharlann Baidu
31名被困者无生还 在建的神华集团骆驼山煤矿 可能 发生透水事故
34人死亡
湖南立胜煤矿发生重大火灾 事故
共造成108人遇难 新兴煤矿发生瓦斯爆炸 违法违规组织生产导致的特 大瓦斯爆炸事故 30 人 死 亡 、 77 人 违规违章行为引发的特别重 受伤 大安全生产事故。 54人死亡 78人死亡 瓦斯浓度过高，煤矿爆炸。
光纤甲烷检测系统
• 马赫一泽德尔干涉仪 的Ar＋离子激光器
声波激励源是机械斩波
光纤甲烷检测系统
光纤甲烷检测系统
各种光纤气体传感器及其性能比较
传感器类型 干涉型 反射型 光纤渐逝场 气体传感器 近 红 外 吸 收 差分吸收检测 优点 灵敏度高 灵敏度较高 灵敏度高，能实现分 布式传感及交叉分辨 灵敏度高 灵敏度高，稳定性较 好 缺点 稳定性差，难以实现遥测 线性范围窄，长期稳定性差，需加 工
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
近红外光谱吸收型光纤传感器
近红外光是指波长在780~2526nm范围内的 电磁波，甲烷气体分子的泛频和组合频吸 收峰正好落在光纤0.8-1.7μm的近红外区域 低损耗传输窗口范围内，且在这一波段的 光学器件比较成熟，使得近红外光谱在在 线分析领域得到了广泛的应用。
光纤甲烷检测系统
光纤甲烷检测系统
甲烷也被认为是温室效应最主要的气体之 一，甲烷吸收红外线能力是二氧化碳的1530倍，占据整个温室气体贡献量的15%， 温室气体引起的全球气候变暖直接关系到 人类健康生活，更是被民众所关心。
甲烷还与燃烧和推进联系非常紧密，它的 浓度测量直接与对燃烧效率以及推进过程 的分析有关。
光谱吸收型光纤传感器
光谱吸收法是通过检测气体透射光强或反 射光强的变化来检测气体浓度的方法。每 种气体分子都有自己的吸收(或辐射)谱特征， 光源的发射谱只有在与气体吸收谱重叠的 部分才产生吸收，吸收后的光强将发生变 化。
光纤甲烷检测系统
光谱吸收型光纤传感器
光谱吸收型光纤传感器是基于激光光谱分 析技术设计的，结合现代光纤通信技术， 将以前主要用于实验室气体分析的激光光 谱分析技术应用在工业现场。同时利用光 纤技术的特点，使光谱吸收型光纤传感器 在探测灵敏度、远程遥测、多点测量方面 发挥更大的优势
光纤甲烷检测系统
光纤气体传感器
—光谱吸收式光纤甲烷检测系统
光纤甲烷检测系统
时间
地点
遇难人数
事故原因
2010.3.2 37人遇难，一人下 山西王家岭煤矿 透水事故 8 落不明
2010.03. 内蒙古乌海 01 2010.01. 05 2009.11. 21 2009.09. 08 2009.05. 30 2009.02. 22
近红外光谱吸收型光纤传感器
近红外光谱吸收型光纤气体传感器与其他 光纤气体传感器相比具有极高的测量灵敏 度，极高的气体鉴别能力，快速的响应能 力，简单可靠的气体传感探头、气室以及 易于形成网络等优点，是目前研究最广泛， 最有前途的一种光纤气体传感技术。
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