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[毕业设计] 大气监测中光纤气体传感器灵敏度的自动设定

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发表于 2020-3-19 09:23 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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8 D6 H- u: q4 {8 p# [+ l摘要:基于直角棱镜构成的吸收池用于大气监测光纤气体传感器中,探测光束在吸收池内往返的0 L+ w6 }: t7 S: X& l7 A% I0 g
次数N与过两个直角棱镜各自直角棱的对称面的间距d有关,通过调节间距d实现测量灵敏度的
/ u3 p) U  i3 G调节。以吸光度差作为输出量,根据其值的不同,选择不同的间距d。在单片机系统控制下,由步进电* ?. v0 {& ]+ F) ^) n) z% s- T
机实现间距d的自动给定,同时将输出探测光束接收器送到指定位置。采用消色差透镜作为输出光- p. k$ c6 i4 j* r/ [1 J3 V
束的接收透镜,则间距d的调节精度对传感器灵敏度设定的影响可不考虑。1 f, e' O$ |7 s+ V' w" {

7 i4 b5 a8 \- @7 u/ A关键词:光纤气体传感器;灵敏度调节; 单片 机控制技术5 e$ w9 j4 D) d/ d$ R9 m

3 [5 B. J7 o1 \+ D2 ^8 d0引言
% }4 d3 C4 M* ~/ Y1 U9 d( p8 ^* S- H用于大气实时监测中的光纤光谱吸收式气体传
* U* Y9 ]% R% D9 p, v
- }1 d5 `5 [* b, q) Q感器的检测灵敏度除了与光电器件的灵敏度和后续
) z! H4 ]2 {5 u" `. A% q电子线路的性能参数有关外,主要决定于监测区域探
3 t& K9 ]5 t! f% L测光束与待测气体的相互作用长度。在大气监测系统
/ N) M( A2 h9 r; e9 k% a, m6 W# x9 Z6 Q
中,对于清洁大气,探测光束经过被测区域后,光强度8 z+ r0 T. _9 o& N! O: J. G
的改变十分微弱,此时进入光电探测器的光强虽然很
7 m, y9 L, y( x* d大,但光强的改变量却难于检测。为提高检测灵敏度,
' d: Y. |5 z+ w, f常采用折返式吸收池来增加光在吸收池内的有效程$ k4 u$ }/ Z6 k+ {! D
长。而在浓雾天气,雾粒子的散射作用使得探测光强.4 U, c6 Z. I6 u) S6 V) ^
迅速减弱,光强的变化很大,光电探测器接收到的光.8 c% x' V. v7 |4 [
强处于弱信号状态。虽然通过提高监测系统测量放大
4 L! c" Y, Z: e' c+ o电路的放大系数可以改善灵敏度,但这需要性能优越
" ]) V( @# z. D" q的低噪声放大器。在户外,温度变化频繁且幅度较大,
: K( t6 O% O' z$ G5 W低噪声电子线路受温度影响较大。被测量的检测是通" [6 `; r" X2 ~2 m1 D
过测量光强的变化量实现的。检测过程中,希望有明
% P( r$ R4 g5 B9 u) I/ [, c$ {显的光强变化而不希望光强成为微弱信号,而通过缩
3 K- @; ]9 x- `; O# [: O! g短光与待测气体的作用距离,即可提高进入探测器的
" Z* M7 Q# `, G5 S5 |" T入射光,从而提高测量系统的信噪比,降低对电子线
  c* A$ y, F5 m' }) p路的性能要求。为适合实时测量,需要通过调节光与
* z8 ]* V7 `8 A$ ]$ b: a" `8 [被测气体的相互作用距离实现灵敏度的自动调节。
8 k2 J( K* N/ @6 }7 v  ]6 j- j典型的光学吸收池结构有Whitel"型Herrit'21型
( A* p5 d0 i/ p; W. S: ?9 z7 n及各种改进型。一旦确定了吸收池结构参数,探测光* X) }0 a5 y: m
束在吸收池内的有效光程亦被确定,很难调节。采用! {$ ]6 n/ [  @1 m/ {& {
一种基于直角棱镜构成的吸收池吧,可以很方便地调7 f$ g( Z. M' [: u! y0 m
节其内探测光光程,本文介绍了一种适合此吸收池的5 j6 h. S. X/ N! x( c
自动调节探测光光程的方法。; e9 j4 {) ~& q5 g+ `1 r' Q
1大气监测气体传感器结构和工作原理  [3 k1 O1 [  b0 d0 ~% |% i
1.1传感器吸收池结构  P2 |# R! U6 {0 @2 n3 h
图1是基于DI-180°直角棱镜的气体吸收池的: p1 }! `& t# D0 W
结构原理图,两个相同直角棱镜D1.D2的两个底面" c: P) P" N& p9 T) k
F、F平行放置,构成吸收池。探测光束经输入光纤2 u- s6 _5 {9 X/ I$ B

" [' k* M  z# D8 l  j
$ X$ J  `: a' V2 `
7 o9 D/ {: d8 {, [5 L: d2 D! w附件下载:
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发表于 2020-3-19 09:40 | 只看该作者
在单片机系统控制下,由步进电机实现间距d的自动给定,同时将输出探测光束接收器送到指定位置
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