差分红外型甲烷浓度光纤网络传感系统的研究

基于甲烷气体在其特征吸收波长下光的吸收程度随浓度变化的机理和差分吸收测量方法,结合空分复用技术和长光程吸收池技术,并考虑煤矿矿井中环境的特点,复用多个气体吸收型光纤传感器.介绍了利用差分红外光谱方法测量矿井中甲烷浓度的光纤网络传感系统的工作原理,给出了系统的结构框图.实验表明,吸收气室光程长为20 cm时,该传感器的检测限为4.278 mg/m3,精确度和稳定性可以满足实际要求,可在不同场合进行多点在线测量.     

基于NDIR的红外气体浓度信息检测系统

针对热光源气体检测系统存在长期漂移和稳定性差的问题,基于非分光红外(NDIR)气体检测技术,结合双通道探测方法,设计并研制了红外气体浓度信息检测系统.该系统采用双椭球型气室结构,可以在小空间内实现长光程,从而降低了气体浓度检测下限,同时引入了双参数温度补偿方法,降低了温度漂移对红外探测器和硬件电路的影响,提高了系统稳定性和可靠性.采用改进型静态配气方法对相关性能进行测试.结果表明,甲烷气体浓度检测下限达到5×10-5,具有一定的实际应用价值.     

基于光纤环衰荡技术的多参量在线监测系统研究

提出了一种多参量在线监测系统。该系统基于光纤环衰荡技术,通过在光纤环中加入吸收气室、光纤布喇格光栅或光纤微弯传感器,可完成气体浓度、温度/应变、压力等多产量的同时测量。以乙炔为目标气体分析了光纤环衰荡技术所要达到的理论衰荡时间为2μs,然后用实验得到其衰荡信号,通过重构其吸收谱,用该方法得到乙炔的测量精度为10×10-4%。     

可调谐激光吸收光谱光纤甲烷传感器研究

甲烷光谱吸收与气室温度有关,结合甲烷波长1 653.72nm附近2v3带R(3)支的3条吸收线,分析温度波动对甲烷吸收线的谱线特性及气体浓度反演产生的影响.基于可调谐二极管激光吸收光谱设计了一套带温度信号采集装置的甲烷浓度检测系统,利用校准系数将不同温度下检测得到的二次谐波信号转化为参考温度下的标准信号,反演待测气体浓...     

基于TDLAS-WMS的高灵敏度电子鼻传感器设计

为了对痕量有害气体(甲烷为例)进行非接触式检测,本文基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)与波长调制光谱(WMS)相结合的检测技术,采用中心波长为7.5μm的量子级联激光器(QCL),设计并研制出高灵敏度电子鼻传感器系统.在室温条件下,通过调节QCL注入电流,使其发光光谱扫过甲烷(CH4)气体吸收谱线.同时采用紧凑型herriott气室(长度为40 cm,容积为800 m L),使得系统总光程达到16 m.利用该传感器系统,对不同浓度的CH4进行测量,结果显示,测量相对误差小于7%,检测下限为1×10~(-9).同时,研究人员可以通过更换其他激射波长的QCL,实现对其它有害气体的检测.     

基于煤矿瓦斯浓度的窄带光源谐波检测技术研究

在对煤矿瓦斯气体浓度的检测中,由于噪声、气体的吸收峰很窄、光源波长随温度的漂移等原因将引起测量的不稳定,通过采用对激光器的中心波长和气体吸收峰中心波长对准,测量光经过气体时的损耗就可以检测气体的浓度,利用一次谐波作为误差信号,可将光源精确地锁定在气体吸收峰上,并给出了窄带光源谐波检测的理论依据。实验结果表明,该方法可应用于甲烷气体浓度的光谱测量,它具有高精度、强选择性、快速响应等特点。     

自适应滤波在气体浓度测量系统中的应用

根据Beer-Lambert定律,设计了一种基于光纤环形衰荡腔的双环路气体浓度测量系统。通过加入掺Er光纤放大器(EDFA)的全光自动增益反馈环,对EDFA的增益进行控制,可使衰荡时间大大延长,提高了系统的测量精度。研究了EDFA产生的放大自发辐射(ASE)噪声对系统测量精度的影响,采用自适应滤波方法对实验数据进行处理.通过对比试验论证了自适应滤波方法对提高系统测量精度的作用。分析了光在不同浓度的CO气体中的吸收特性以及衰荡时间与气体浓度的关系。     

光谱吸收型光纤气体传感器及解调系统

基于光谱吸收型气体传感器的传感机理,搭建了实验平台,研究了基于一、二次谐波幅度比值法实现气体浓度检测的可行性,设计了一种新型的光纤气体传感器;基于32位嵌入式软核处理器NiosⅡ和FPGA技术设计了光纤气体传感器的解调系统.实验结果表明,该光纤气体传感器及其解调系统具有易维护、高速、高分辨率、高精度等优点.     

光谱吸收式全量程甲烷检测技术的研究

可调谐半导体激光吸收光谱(TDJAS)技术利用半导体激光器波长调谐特性,获得被测气体的特征吸收光谱范围内的吸收光谱,结合波长调制技术实现二次谐波探测,从而对气体浓度进行定性或者定量分析.这种方法不仅精度较高,选择性强而且响应速度快.基于这种技术,进行全量程光纤式甲烷气体监测方法的研究,根据被测气体的浓度变化,通过改变光源温度来选择合适的中心波长,从而实现全量程高分辨率的甲烷气体浓度实时检测.实验表明该系统具有很高的检测灵敏度、精度、分辨率和稳定性.     

光纤气体传感器系统的设计

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.结合红外光谱吸收理论和比尔-兰伯定律,提出采用光纤激光加波长调制来检测气体浓度的方案,并论证其可行性.     

基于光谱吸收和谐波检测的瓦斯浓度测量技术

提出了一种基于瓦斯特征光谱吸收特性和二次谐波检测原理的煤矿瓦斯监测方法,从理论上论证了该方法的可行性,并进行了实验验证.以分布反馈(DFB)激光器做光源,使用正弦信号对激光器输出的激光频率进行调制,激光通过瓦斯密闭气室后,由光电探测器探测,对所得到的信号使用二次谐波技术处理后,得到密闭气室中的瓦斯浓度,结果与实际浓度吻合.最后对影响实验检测分辨率的因素进行了分析.结果表明:该技术实现了完全非接触在线自动检测,能够满足煤矿瓦斯安全检测的要求.     

烷烃气体对甲烷爆炸下限影响的实验研究

为确定烷烃类混合气体中甲烷的爆炸极限,设计了混合气体爆炸实验系统.在实验系统中,采用高精度计算机配气系统配气,其所得到的混合气体含量误差小于1%,从而使气体爆炸下限更加精确.运用该实验系统研究了丙烷、异丁烷混合气体对甲烷爆炸下限的影响.实验结果表明：当混有丙烷的体积分数达到0.60%时,甲烷的爆炸下限可以降到1.35%;当异丁烷的体积分数约为0.30%时,甲烷的爆炸下限可降到1.80%.研究结果对煤矿瓦斯监测的可靠预警具有重要意义.     

Methane absorption and application of mixed organic aggregate prepared from Span80 and alkaline salt

The water-based materials for mine gas absorption and explosion suppression were prepared, in which the mixed organic aggregate of Span80 and alkaline salt can be used as methane absorbent. Methane was used as a model of mine gas, and the absorptions of methane with different complex materials were studied using head space gas chromatography. Then the state of aqueous material was characterized with laser light scattering instrument and the effects of different complex materials on explosion suppression were preliminarily studied in explosion chamber which can simulate mine gas explosion. The research results showed that complex material could absorb methane and there was some correlation between the mean diameter of organic aggregate in aqueous material and the absorption effect. Additionally, the aqueous material could suppress the methane explosion to some degree. The material can absorb mine gas in atomization condition, therefore, degrease mine gas concentration and influence the distribution of mine gas in the space, and then suppress the mine gas explosion to some extent.     

甲烷制备高纯度氢气的实验研究

对甲烷制备可供质子交换膜燃料电池(PEMFC)用的高纯度氢气进行了实验研究，得出了不同蒸汽／碳比值时甲烷的转化率、不同过量空气系数对制备气体成分的影响、不同压差时氢气在选择性膜中的渗透率以及不同系统压力对氢气反应焓的影响规律．研究结果表明，在蒸汽与甲烷中的碳比例一定时，蒸汽重整反应器内的反应速率和它出口处CO的浓度，随甲烷的流量的增加而提高．提高甲烷蒸汽重整系统的工作温度和压力，可以提高甲烷的转化率，在S／C比值不变的情况下，仅提高温度可提高甲烷的转化率约10％；而将工作压力由0．1MPa提高到0．6MPa，甲烷的转化率提高约21％．甲烷的理论转化率为84．6％，本文实验研究中的最大实际转化率为78．03％，实验研究系统的系统完善度为92．23％，说明该系统还有待完善之处，还可以进一步提高甲烷的转化率．增大PEMFC中选择性膜两侧的压差或提高氢气的纯度，均利于提高氢气混合物的渗透率．该研究为制备符合PEMFC使用条件的氢气提供了可靠依据，同时为综合利用煤层气提供了新的途径。     

两种定压甲烷检测方法的分析

在检测甲烷气体时 ,通过反馈调节电路使催化传感元件或补偿元件上的电压保持不变 ,从而得到了两种不同工作原理的新型检测电路 ,它们对甲烷检测输出特性会产生不同的影响 .分析和实验表明 ,其中一种检测电路改善了输出信号的稳定性 ,提高了输出灵敏度 ;另一种检测电路输出呈线性关系 ,在一定程度上提高了甲烷检测的精度 .     

直流负偏压对金刚石形核的影响

本文研究了微波等离子体化学气相沉积金刚石薄膜中，直流负偏压的大小、施加的时间和施加偏压期间的甲烷浓度对光滑Ｓｉ衬底上金刚石形核的影响．发现适当的衬底负偏压可以极大地促进金刚石的形核，而过高或过低的偏压则都不利于形核。     

低热值气体蓄热燃烧产生高温气体

针对低热值气体蓄热燃烧产生高温气体系统,研究低热值气体的系统贫燃极限、高温气体可达温度及影响因素规律.在搭建的大型低热值气体蓄热燃烧高温气体发生试验系统中,试验研究低热值气体浓度和产生的高温烟气温度、流量之间的关系,探讨启动能量和换向周期的影响.通过实验和能量平衡分析,结果表明,该系统的低热值气体系统贫燃极限接近200 kJ/m3;在系统中燃烧甲烷体积分数为1.2%的低热值气体可连续稳定产生温度高于1 000 ℃的高温烟气,系统热效率大于80%.     

煤层气运移分馏机理初探

煤层气的分馏效应是指运移过程中气体组份和同位素值发生变化的现象.分馏机理的探讨对煤层气的运移聚集具有重要指导意义.本文以吸附势理论为指导,以等温吸附实验数据为依据,对甲烷碳同位素和多组分气体分馏机理进行了探讨.确定了4种分馏机理的存在:(1)解吸-扩散-运移不仅造成甲烷碳同位素分馏,而且造成多组分气体分馏.13CH4因其吸附势普遍高于12CH4而具有优先吸附、滞后解吸的特征,12CH4更容易发生运移分馏.二氧化碳与甲烷相比,具有优先吸附、滞后解吸的特征,特别是在高压下,甲烷具有强的分馏效应;(2)发生在地下水径流带的溶解作用使得13CH4被优先溶解并被运移至滞留区聚集,12CH4保留在原地;(3)浅部次生生物气的产生造成甲烷碳同位素变轻的假象;(4)高温裂解气的生成造成甲烷碳同位素变重的假象.4种分馏效应都引起浅部甲烷碳同位素变轻,深部变重,这已为众多的实例所证实.