瓦斯氣體濃度的檢測(cè)在煤炭、化工、石油和其它工業(yè)，尤其在礦物質(zhì)的開采中極為重要。瓦斯氣體是一種可燃、可爆性氣體，其爆炸上限為１５Vol％，下限為5Vol％。 其引發(fā)的事故在礦山開采歷史上造成了極大的危害。很久以來各國科學(xué)工作者對(duì)瓦斯?jié)舛鹊臏y(cè)量作了不懈的努力。現(xiàn)已研制出的干式、濕式氣敏元件、熱電阻瓦斯傳感器、半導(dǎo)體氣敏元件等都在瓦斯?jié)舛葯z測(cè)中起到了良好的作用，大大降低了瓦斯事故發(fā)生率。
近幾年來，光導(dǎo)纖維傳感技術(shù)在世界上逐漸興起。光纖傳感器具有一些常規(guī)傳感器無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，如靈敏度高，響應(yīng)速度快，動(dòng)態(tài)范圍大，防電磁干擾，超高絕緣，無源性，防燃防爆，適于遠(yuǎn)距離遙測(cè)，體積小,可靈活柔性撓曲等，很適于在惡劣和危險(xiǎn)環(huán)境中應(yīng)用，因而得到廣泛重視。光纖瓦斯傳感器的研究起步較晚，直到上世紀(jì)八十年代才有人報(bào)導(dǎo)了光纖瓦斯檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)在瓦斯檢測(cè)的方法主要有兩種，一是利用瓦斯氣體的光譜吸收檢測(cè)濃度；二是利用瓦斯?jié)舛群驼凵渎实年P(guān)系用干涉法測(cè)折射率。
單波長(zhǎng)吸收比較型
吸收法的基本原理均是基于光譜吸收，不同的物質(zhì)具有不同特征吸收譜線。單波長(zhǎng)吸收比較型屬吸收光譜型傳感器，根據(jù)Lambert定律：
I=I0e-μcL
其中I，I0為吸收后和吸收前射線強(qiáng)度
μ為吸收系數(shù)
L為介質(zhì)厚度
c為介質(zhì)的濃度
從上式可以看出，根據(jù)透射和人射光強(qiáng)之比，可以得知?dú)怏w的濃度。單波長(zhǎng)吸收比較型的原理圖見圖１。
選擇合適波長(zhǎng)的光源。脈沖發(fā)生器使激光器發(fā)出脈沖光，或采用快速斬波器將連續(xù)光轉(zhuǎn)變成脈沖光（斬波頻率為數(shù)KHz），經(jīng)透鏡耦合進(jìn)入光纖，并傳輸?shù)竭h(yuǎn)處放置的待測(cè)氣體吸收盒，由氣體吸收盒輸出的光經(jīng)接收光纖傳回。干涉濾光片選取瓦斯吸收率最強(qiáng)的譜線，由檢測(cè)器接收，經(jīng)鎖相放大器后送入計(jì)算機(jī)處理，根據(jù)強(qiáng)度的變化測(cè)量瓦斯?jié)舛取?/p>
窄帶譜線吸收型
瓦斯傳感系統(tǒng)中，檢測(cè)器所檢測(cè)的光，其譜線寬度一般為0.02μm-0.1μm，而瓦斯氣體的吸收譜線遠(yuǎn)窄于0.02μm。瓦斯在波長(zhǎng)1.6μm-1.7μm的吸收譜線如下圖所示。
由于檢測(cè)譜線寬度遠(yuǎn)大于吸收譜線，即光譜中被吸收的成份很小，不利于高靈敏度檢測(cè)。如果選擇瓦斯吸收峰的窄帶波長(zhǎng)，則可獲得大的檢測(cè)對(duì)比度。但是選擇單一波長(zhǎng)則會(huì)由于模式噪聲造成嚴(yán)重的干涉噪聲，為了避免這個(gè)問題可以采用梳狀濾波器來選擇多個(gè)瓦斯峰位譜線，以降低光源的相干性，降低模式噪聲。
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