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华中科技大学

硕士学位论文

基于光纤衰荡腔的甲烷气体传感系统研究

姓名：孙顺根

申请学位级别：硕士

专业：光学工程

指导教师：鲁平

2011-01-04

华中科技大学硕士学位论文

摘要

光纤衰荡腔气体传感系统相比较其他气体传感系统有着明显的优点，成本低，远

距离工作能力强，强大的电磁抗性等等，尤其是其组网能力，可组成传感网络，光传

输巨量信息。随着波分复用、时分复用等技术的成熟，光纤衰荡腔气体传感系统可以

进一步被简化从而降低成本。这些特性使它在工业和民生上的用途越来越广泛。

光谱吸收传感技术的理论基础是气体红外吸收理论：每一种气体都有其特定的吸

收峰群，不同的气体浓度对应不同的吸收强度。它存在明显的缺点：易受光强影响，

吸收光谱易被背景光淹没。光纤衰荡腔气体传感系统的出现，弥补了这个缺点。研究

光纤衰荡腔气体传感系统的算法，可以知道此技术不受光强变化影响，它是通过测量

不同状态的衰荡时间值来达到传感目的，而且输入光为窄带脉冲光，这样背景光可以

很容易的过滤掉。

在传统光纤衰荡腔系统基础上，设计出基于光纤环形衰荡腔技术的气体传感系统

和基于NOLM衰荡腔技术的气体传感系统。通过对组成系统的各器件如光耦合器、光

隔离器、气室、掺饵光纤放大器、脉冲激光器、非线性光纤环形镜（NOLM）等的参

数分析，深入了解了系统结构，指出实验结果影响因子。

分别对两种系统进行了实验，通过调节器件参数优化系统，进一步验证了系统的

可行性。最后对系统现在存在的问题，引入光源时分复用和波分复用技术，提高系统

的稳定性和灵敏度。

关键词：光纤传感甲烷检测衰荡腔光谱吸收

I

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Abstract

Comparedtoothergassensingsystem,opticalfibercavityring-downgassensing

systemhasobviousadvantages.Itcostslittle,worklong-distance,andhasastrongmagnetic

resistance.Particularlythanksforitsnetworkingcapabilities,itcanbecomposedofsensing

network,opticaltransmissionvastamountofinformation.WithWDM,TDMandother

technologiesmature,fiber-opticcavityring-downgassensingsystemcanbefurther

simplifiedtoreducecosts.Thesefeaturesmakeitbeusedonthelivelihoodofthepeopleand

theindustrymoreandmorewidely.

Absorptionspectrumsensingtechnologyisbasedonthetheoryofinfraredabsorption

gastheory:foreachgashasitsspecificgroupofabsorptionpeaksanddifferentabsorption

intens