煤矿瓦斯的激光光谱检测技术研究

煤矿瓦斯的激光光谱检测技术研究
作　者： 周孟然 著
出版时间： 2012
内容简介
　　《煤矿瓦斯的激光光谱检测技术研究》是基于激光吸收光谱技术的光纤分布式煤矿瓦斯检测的应用研究。整个系统用激光器，通过光纤多路开关，分时地把激光导入到设置于并下的光纤光吸收池，经过气体吸收的激光通过光纤导出到探测器上，完成激光吸收测量。本书构建了基于双波长技术的煤矿瓦斯传感系统，将以前主要用于实验室气体分析的光谱分析技术发展为对气体的在线监测装置。实验结果表明，得到了精确的测量结果。《煤矿瓦斯的激光光谱检测技术研究》从实际出发，力图为煤矿生产一线及科研工作者人员提供一个借鉴，对瓦斯的检测提供了一个全新的手段和方法。
目录
第1章 绪论
1.1 煤矿安全生产的重要性
1.2 煤矿瓦斯监测技术的现状
1.2.1 国外瓦斯监测的现状
1.2.2 国內瓦斯监测的现状
1.3 光谱监测煤矿瓦斯的重要意义
第2章 光谱学理论
2.1 光的发射和吸收
2.1.1 光传播的电磁理论
2.1.2 分子吸收与受激、自发发射
2.1.3 气体分子的吸收电磁理论
2.1.4 分子吸收线性与非线性的区别
2.2 原子光谱
2.2.1 原子吸收光谱分析方法的发展
2.2.2 原子的受迫振荡现象
2.2.3 原子对光谱的吸收与色散现象
2.3 光谱线的线形和宽度
2.3.1 自然线宽
2.3.2 多普勒展宽
2.3.3 压力展宽
2.3.4 谱线宽度扩展的均匀性
2.3.5 饱和展宽与渡越时间展宽
2.3.6 复合线形
第3章 瓦斯的吸收特性
3.1 分子的一般性质
3.1.1 分子结构的对称性
3.1.2 分子点群
3.2 多原子型分子振动和转动光谱
3.2.1 多原子分子的核运动
3.2.2 多原子分子振动
3.2.3 多原子分子转动的类别
3.2.4 多原子分子的振转谱
3.3 甲烷气体对吸收谱线的选择
3.3.1 气体分子运动及其光谱
3.3.2 基频、泛频及相应组合频率的光谱
3.3.3 气体分子吸收线型数学分析
3.3.4 气体分子运动时吸收谱线强度
3.3.5 甲烷的特征吸收谱线
第4章 光谱学检测仪器
4.1 近红外光谱
4.2 近红外光谱分析仪器的基本概述
4.3 近红外光谱仪器性能指标
4.4 近红外光谱仪器的基本结构及其含义
4.5 近红外光谱仪器的类型
4.6 近红外光谱的分析技术
4.7 常用的光谱类仪器
4.7.1 分光计
4.7.2 波长计
第5章 光谱吸收型气体传感技术
5.1 气体浓度检测的光谱技术
5.2 光谱遥感测量原理
5.3 差分吸收检测技术
5.4 差分吸收激光雷达(DIAL)技术
5.5 傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术
5.6 激光诱导荧光(LIF)技术
第6章 煤矿瓦斯气体光谱数据处理
6.1 光谱数据预处理
6.1.1 光谱数据的平滑
6.1.2 基线校正
6.1.3 求导
6.1.4 归一化处理
6.1.5 傅立叶变换
6.2 光谱的数据处理
6.2.1 主成分分析法(PCR)
6.2.2 偏最小二乘法
6.2.3 人工神经网络法(ANN)
6.3 甲烷(CH4)气体光谱的数据处理方法
第7章 可调谐二极管激光吸收光谱检测系统在瓦斯研究中的应用
7.1 可调谐二极管激光光谱吸收原理
7.1.1 直接吸收光谱
7.1.2 调制光谱技术
7.1.3 吸收线选择
7.1.4 灵敏度与检测限
7.1.5 噪声压缩与检测灵敏度的提高
7.2 可调谐二极管激光吸收光谱实验装置
7.2.1 实验装置
7.2.2 实验仪器的选择和确定
7.3 实验系统组成和软件控制流程
7.3.1 实验系统构建
7.3.2 控制软件使用及扫描过程
7.3.3 扫描采样
7.4 实验结果分析
第8章 神经网络在瓦斯浓度检测中的应用
8.1 神经网络的基本概念
8.1.1 神经元生物剖析
8.1.2 神经元及其信息传递的阀值特性
8.1.3 用数学模型表示神经元
8.2 神经网络的基本原理
8.2.1 神经网络的概念
8.2.2 人工神经网络中的几个特性
8.2.3 神经网络的学习方法
8.2.4 神经网络实际应用问题
8.3 基于神经网络的瓦斯浓度预测方法
8.3.1 BP算法
8.3.2 时间序列基本理论
8.3.3 瓦斯浓度预警系统面临的主要问题
8.3.4 应用神经网络对瓦斯浓度进行预测的分析
8.3.5 BP神经网络模型参数的设计
8.3.6 神经网络预测的仿真实验
8.4 BP神经网络的FPGA实现
8.4.1 神经网络的硬件实现与模块的划分
8.4.2 瓦斯预警BP算法模块的实现
8.4.3 控制模块设计
8.4.4 实验结果分析
第9章 双波长光纤传感网络在煤矿瓦斯监测系统中的构成
9.1 双波长测量及波长选取技术的原理
9.1.1 双波长测量技术
9.1.2 波长的选取技术
9.2 双波长光纤气体传感系统设计
9.2.1 光纤传感系统框图
9.2.2 激光器
9.2.3 单色器
9.2.4 斩光器
9.2.5 吸收池
9.2.6 接收装置
9.3 系统软件设计
9.3.1 软件使用方法
9.3.2 参数设置
9.4 实验结果分析
9.4.1 系统性能测试
9.4.2 对比测试
9.4.3 稳定性测试
第10章 结论与展望
10.1 结论
10.2 展望
参考文献