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