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大气监测光纤气体传感器的研究

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本文对国内外用于大气监测领域的光学监测方法的研究进行了深入分析和阐述,光谱吸收分析仍然是一种主要方法,存在的主要问题是监测装置的吸收池长期可靠性不高。为改善吸收池的长期可靠性,提出了基于直角棱镜和角反射镜构造传感器吸收池的方法。对此结构吸收池的工作原理和探测光束的传输规律进行了深入分析和讨论,建立了基于直角棱镜和角反射镜的吸收池的测量方程。以频谱分析的方法和系统理论,设计了传感器中的光电信号处理电路,采用相关检测方法抑制背景噪声的影响。提出了一种大气传感器灵敏度的自动设定方法。重点研究了这种传感器对大气消光系数测定、能见度测量及甲烷气体浓度测量的应用,建立了以不同灵敏度、分时测定大气消光系数的新方法,可适当放宽对吸收池表面污脏限制的要求。把基于直角棱镜的气体传感器用于室内气体甲醛浓度的检测中,提高了检测灵敏度,可减少空气采样时间、提高工作效率。分析了实时监测中,由于环境因素导致的热形变对传感器性能影响的机理;提出了抑制热形变影响的措施和一种自动准直方法。 结果表明,基于直角棱镜和角反射镜构造的光纤气体传感器灵敏度调节简单方便,抗环境干扰能力强,其长期可靠性高,能适应实时监测系统的应用。角反射镜构造的吸收池稳定性优于直角棱镜结构,灵敏度调节范围稍小于直角棱镜结构。

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