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第1章 激光气体测试及其研究基础1

1.1 选题背景及研究意义1

1.2 甲烷气体检测技术简介及优缺点对比3

1.3 激光气体检测技术国内外发展与研究现状12

1.3.1 国外研究现状12

1.3.2 国内研究现状14

1.4 激光气体检测技术存在的问题及研究方向15

1.5 研究内容及技术路线16

1.5.1 研究内容17

1.5.2 技术路线17

第2章 甲烷吸收光谱理论及激光气体检测系统设计19

2.1 甲烷吸收光谱理论19

2.1.1 分子吸收光谱构成19

2.1.2 球形陀螺结构分子19

2.1.3 分子的吸收谱线线型21

2.1.4 甲烷分子吸收谱线23

2.2 光谱吸收定律分析24

2.3 谐波检测理论推导及检测方法26

2.3.1 谐波理论推导26

2.3.2 谐波检测方法及噪声分析28

2.4 激光气体检测系统设计及仿真30

2.5 谐波信号检测硬件设计及数据测试37

2.5.1 激光器驱动电路与信号检测电路设计38

2.5.2 激光甲烷吸收信号的FPGA谐波信号输出41

2.6 本章小结43

第3章 激光器温度控制算法及谐波信号检测设计44

3.1 甲烷浓度检测算法分析及扰动因素参数分析44

3.2 波长、光强特征参数提取方法47

3.2.1 光纤法布里-珀罗干涉原理直接测量波长法47

3.2.2 甲烷参考气室特征参数检测算法48

3.3 基于粒子群的激光器温度模糊控制算法50

3.3.1 激光半导体制冷器温度控制思路50

3.3.2 粒子群模糊控制算法及步骤52

3.4 本章小结57

第4章 温度、气压对测量的影响分析及补偿方法59

4.1 环境因素对甲烷检测的影响59

4.2 甲烷吸收光谱的温度特性分析61

4.2.1 温度对甲烷吸收谱线宽度的影响62

4.2.2 温度对甲烷吸收线强度的影响63

4.2.3 激光甲烷传感器的温度特性65

4.3 基于分段和重心插值的自适应迭代温度补偿技术67

4.3.1 分段线性插值67

4.3.2 重心拉格朗日插值68

4.3.3 自适应迭代算法思路68

4.4 自适应迭代算法描述及其实验验证69

4.4.1 自适应迭代算法步骤69

4.4.2 验证实验71

4.5 激光甲烷传感器气体压强补偿技术73

4.5.1 气体压强对甲烷吸收谱线的影响74

4.5.2 激光甲烷传感器的压强特性77

4.5.3 自适应迭代的压强补偿算法及验证80

4.6 本章小结82

第5章 基于专家系统随机逼近的激光器温度突变控制方法84

5.1 激光器环境影响分析84

5.2 环境温度变化的测试实验及分析85

5.2.1 激光器温度控制的实验测试85

5.2.2 激光器温度跟踪规律86

5.2.3 激光器温度变化对甲烷浓度检测的影响87

5.3 激光器温度补偿模型建立89

5.4 激光器温度补偿硬件90

5.5 基于专家系统随机逼近的温度补偿算法91

5.5.1 随机过程的局部线性插补91

5.5.2 不同初始温度的局部线性插补92

5.5.3 补偿算法验证实验93

5.6 本章小结95

第6章 甲烷气体的多点检测复用及其贝叶斯融合算法96

6.1 问题提出96

6.1.1 多点检测复用技术96

6.1.2 多点检测补偿问题98

6.2 基于参数估计的多传感器数据算法描述99

6.2.1 Bayes算法描述99

6.2.2 关联测点的选择100

6.2.3 多数据融合算法101

6.3 基于Bayes理论的多点测试甲烷浓度补偿方法步骤103

6.4 基于Bayes理论的多点测试甲烷浓度融合算法验证103

6.5 本章小结106

第7章 激光甲烷传感器实验测试及现场应用107

7.1 激光甲烷传感器的性能测试107

7.2 煤矿瓦斯监测系统简介112

7.2.1 KJ90NB煤矿监控系统试验平台113

7.2.2 煤矿监控系统的试验研究及测试114

7.3 激光甲烷传感器现场应用及测试116

7.3.1 GJG100J型激光甲烷传感器推广及试验116

7.3.2 GJG100J（B）型煤矿管道用高浓度激光甲烷传感器118

7.4 本章小结120

第8章 结论与展望121

8.1 主要结论121

8.2 主要创新点122

8.3 研究工作展望123

附录：相关的煤矿检测与监控设备及其参数125

参考文献212