硫化氫氣體濃度檢測(cè)的光傳感機(jī)理研究.pdf

1、硫化氫氣體是腐蝕性極強(qiáng)的劇毒高危氣體，在石油和天然氣開(kāi)采、井礦勘探、化工、鋼鐵等多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都受到硫化氫氣體的影響。尤其在高含硫油氣田勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中極易發(fā)生硫化氫氣體泄露事故，造成人員傷亡并腐蝕破壞石油天然氣裝備。因此對(duì)油氣井現(xiàn)場(chǎng)硫化氫氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)、快速檢測(cè)的研究具有極其重要的社會(huì)意義。
　　本課題以檢測(cè)硫化氫氣體濃度為目的，對(duì)光傳感在氣體檢測(cè)方面的應(yīng)用展開(kāi)研究。首先，通過(guò)對(duì)光譜學(xué)理論進(jìn)行研究，介紹了光譜吸收型光纖氣體傳感器的

2、基本原理。利用HITRAN數(shù)據(jù)庫(kù)及JavaHAWKS軟件對(duì)硫化氫氣體吸收譜線進(jìn)行分析，確定了硫化氫氣體最佳吸收譜線的波長(zhǎng)為1.578μm。然后，對(duì)現(xiàn)有基于光譜吸收特性的氣體檢測(cè)方法進(jìn)行研究，提出了一種改進(jìn)的氣體檢測(cè)方案，即采用雙光路差分和諧波檢測(cè)相結(jié)合的方法檢測(cè)硫化氫氣體。該方法采用波長(zhǎng)調(diào)制和波長(zhǎng)掃描的方法對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制，采用雙光路差分法對(duì)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜氣體檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，并利用諧波檢測(cè)技術(shù)對(duì)氣體濃度信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)改進(jìn)后的

3、硫化氫氣體傳感系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，并利用SIMULINK仿真平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，結(jié)果說(shuō)明該方法可以提高系統(tǒng)在微弱信號(hào)檢測(cè)中鎖定放大器對(duì)二次諧波的檢測(cè)能力，減小測(cè)量誤差。最后，搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及對(duì)硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)硫化氫氣體檢測(cè)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，利用諧波檢測(cè)和雙光路差分相結(jié)合的方法對(duì)硫化氫氣體有很好的檢測(cè)效果，驗(yàn)證了該方法的可行性和正確性。本文研究可應(yīng)用于油氣勘探開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)，解決信號(hào)微弱等技術(shù)難題?？蔀閷?shí)現(xiàn)硫化氫氣體大范圍