地铁隧道瓦斯光纤传感检测系统的研制.pdf

武汉理工大学

硕士学位论文

地铁隧道瓦斯光纤传感检测系统的研制

姓名：余鑫

申请学位级别：硕士

专业：机械电子工程

指导教师：姜德生

20100401
摘要瓦斯是发生在诸如煤矿、地下交通枢纽等领域的重大灾害的根源之一。地层中若存在瓦斯就会严重威胁地铁隧道施工及后续运营安全。目前，国际国内瓦斯检测技术及监测目标主要是针对煤矿，基本上没有针对地铁系统的。而地铁枢纽瓦斯检测与煤矿瓦斯检测有很大的不同。实时准确地检测地铁隧道施工及运营期间的瓦斯浓度对保障安全生产具有十分重要的意义。本文基于气体近红外光谱吸收原理，研究设计国内第一条针对地铁隧道瓦斯光纤传感检测系统、进行了实验，以达到光纤瓦斯传感器在地铁隧道施工及运营应用的目的。本文重点针对甲烷气体的检测进行了研究，并研制出四通道瓦斯光纤传感器、光学探测器；分析计算杭州地铁隧道瓦斯的分布状况和浓度；道施工及运营期间瓦斯浓度的实时测量、超限时声光报警等功能。本文的主要工作包括以下几个方面：1)研究了基于光纤传感的可调谐半导体激光吸收光谱技术工作原理，采用波长调制技术和二次谐波检测技术以提高检测灵敏度。2)在理论分析的基础上，进行了光路和电路设计。在光路设计上，本文将检连接四个本质安全的光学探头；大大降低了成本：适合地铁系统瓦斯长距离、多点检测要求。在电路设计上，本文设计了一种基于模拟乘法器MLT04的锁相解调电路，消除了因光纤传输延时和电路自身延时所产生的待测信3)针对地铁隧道环境，对传感器光学探头的结构进行了特别设计，采取了防尘、防水措施；使该探头基本免调校以满足地铁运营期间的特殊要求。4)对系统仪表进行结构可靠性、环境温度稳定性和检测性能等相关实验，使其能更好地应用于地铁隧道施工及运营期间瓦斯的实时检测。5)从理论上分析计算杭州地铁一号线运营期间隧道瓦斯的分布状况和浓度。6)针对杭州地铁双线隧道研究了检测探头的布点间距；设计了详细的探头布设、安装等工程图纸。关键词：地铁隧道瓦斯，光纤气体传感器，光谱吸收，可调谐半导体激光技术，设计了杭州地铁隧道瓦斯检测探头布设、安装等工程图纸。实现对杭州地铁隧测系统传感器仪表部分和探头部分设计为分离式，一台传感器仪表用光纤号和参考信号相位差的影响。探头布设武汉理工大学硕士学位论文’
improvefiber．Therefore，itAbstractmajorthatCananddesignedeliminatewhichconstructionmethanebefiber-opticMetroperiod1)Somefibersensitivity．2)Accordingconnectedsafetycost，andMLT04，and武汉理工大学硕士学位论文ofdisasterasmineundergroundhub．Ifstratumgassubwayfollowingpresent，internationaldomesticmonitoringmainlyforcoal，andthesystem．However,thedetectionbetweenhubaredifferent．Therefore，itisveryimportantmeasuredistributionreal-time．absorption,thisopticalsensorsystemtunnel，demonstrateinfocusresearchdevelopfour-channelsensorsdrawingsdetectormeasuredalarmedlimitation．mainworkthisarticleincludeaspectopticbaseddiodespectroscopy．Besides，usewavelengthmodulationsecondharmonictotheoreticalanalysis，thecircuitdesigned．Inlightpathseparated．Itmeansinstrumentfourintrinsicbyreducessuitablehaslongdistance，multi-pointrequirements．Indesign,wePhase-lockeddemodulatormultiplierlockedamplifyeffectsGassuchcoaltransporthavewouldseriousthreattunnelitssafe．AttargetsrarelyconcentrationduringoperationBasedprinciplenear-infi'aredspectraldevelopsfirstappliedfield．InweCH4，anddetecto