煤礦瓦斯的雷射光譜檢測技術研究

《煤礦瓦斯的雷射光譜檢測技術研究》是2012年合肥工業大學出版社出版的圖書，作者是周孟然。

內容簡介

《煤礦瓦斯的雷射光譜檢測技術研究》從實際出發，力求為煤礦生產一線及科研工作者人員提供一個借鑑，對瓦斯的檢測提供了一個全新的手段和方法。《煤礦瓦斯的雷射光譜檢測技術研究》共分為10章，主要內容包括緒論，光譜學理論，瓦斯的吸收特性，光譜學檢測儀器，光譜吸收型氣體感測技術，煤礦瓦斯氣體光譜數據處理，可調諧二極體雷射吸收光譜檢測系統在瓦斯研究中的套用，神經網路在瓦斯濃度檢測中的套用，雙波長光纖感測網路在煤礦瓦斯監測系統中的構成，結論與展望等。《煤礦瓦斯的雷射光譜檢測技術研究》由周孟然教授著。

作者簡介

周孟然(1965-)，教授，中國科學院安徽光學精密機械研究所博士畢業，碩士生導師。現任安徽理工大學電氣工程系電子信息工程教研室副主任，主要從事智慧型控制、積體電路設計、光電信息處理、雷射技術套用和計算機控制等方面的研究。主持及參加過多項省級自然科學基金項目，發表學術論文40篇，其中被Ei檢索收錄3篇，10篇國家重點級。2006年獲淮南市“舜耕英才”培養對象資助。現任中國煤炭工業技術委員會信息與自動化專業委員會委員，省儀器儀表學會理事。

目錄

第1章 緒論

1.1 煤礦安全生產的重要性

1.2 煤礦瓦斯監測技術的現狀

1.2.1 國外瓦斯監測的現狀

1.2.2 國內瓦斯監測的現狀

1.3 光譜監測煤礦瓦斯的重要意義

第2章 光譜學理論

2.1 光的發射和吸收

2.1.1 光傳播的電磁理論

2.1.2 分子吸收與受激、自發發射

2.1.3 氣體分子的吸收電磁理論

2.1.4 分子吸收線性與非線性的區別

2.2 原子光譜

2.2.1 原子吸收光譜分析方法的發展

2.2.2 原子的受迫振盪現象

2.2.3 原子對光譜的吸收與色散現象

2.3 光譜線的線形和寬度

2.3.1 自然線寬

2.3.2 都卜勒展寬

2.3.3 壓力展寬

2.3.4 譜線寬度擴展的均勻性

2.3.5 飽和展寬與渡越時間展寬

2.3.6 複合線形

第3章 瓦斯的吸收特性

3.1 分子的一般性質

3.1.1 分子結構的對稱性

3.1.2 分子點群

3.2 多原子型分子振動和轉動光譜

3.2.1 多原子分子的核運動

3.2.2 多原子分子振動

3.2.3 多原子分子轉動的類別

3.2.4 多原子分子的振轉譜

3.3 甲烷氣體對吸收譜線的選擇

3.3.1 氣體分子運動及其光譜

3.3.2 基頻、泛頻及相應組合頻率的光譜

3.3.3 氣體分子吸收線型數學分析

3.3.4 氣體分子運動時吸收譜線強度

3.3.5 甲烷的特徵吸收譜線

第4章 光譜學檢測儀器

4.1 近紅外光譜

4.2 近紅外光譜分析儀器的基本概述

4.3 近紅外光譜儀器性能指標

4.4 近紅外光譜儀器的基本結構及其含義

4.5 近紅外光譜儀器的類型

4.6 近紅外光譜的分析技術

4.7 常用的光譜類儀器

4.7.1 分光計

4.7.2 波長計

第5章 光譜吸收型氣體感測技術

5.1 氣體濃度檢測的光譜技術

5.2 光譜遙感測量原理

5.3 差分吸收檢測技術

5.4 差分吸收雷射雷達(DIAL)技術

5.5 傅立葉變換紅外光譜(FTIR)技術

5.6 雷射誘導螢光(LIF)技術

第6章 煤礦瓦斯氣體光譜數據處理

6.1 光譜數據預處理

6.1.1 光譜數據的平滑

6.1.2 基線校正

6.1.3 求導

6.1.4 歸一化處理

6.1.5 傅立葉變換

6.2 光譜的數據處理

6.2.1 主成分分析法(PCR)

6.2.2 偏最小二乘法

6.2.3 人工神經網路法(ANN)

6.3 甲烷(CH4)氣體光譜的數據處理方法

第7章 可調諧二極體雷射吸收光譜檢測系統在瓦斯研究中的套用

7.1 可調諧二極體雷射光譜吸收原理

7.1.1 直接吸收光譜

7.1.2 調製光譜技術

7.1.3 吸收線選擇

7.1.4 靈敏度與檢測限

7.1.5 噪聲壓縮與檢測靈敏度的提高

7.2 可調諧二極體雷射吸收光譜實驗裝置

7.2.1 實驗裝置

7.2.2 實驗儀器的選擇和確定

7.3 實驗系統組成和軟體控制流程

7.3.1 實驗系統構建

7.3.2 控制軟體使用及掃描過程

7.3.3 掃描採樣

7.4 實驗結果分析

第8章 神經網路在瓦斯濃度檢測中的套用

8.1 神經網路的基本概念

8.1.1 神經元生物剖析

8.1.2 神經元及其信息傳遞的閥值特性

8.1.3 用數學模型表示神經元

8.2 神經網路的基本原理

8.2.1 神經網路的概念

8.2.2 人工神經網路中的幾個特性

8.2.3 神經網路的學習方法

8.2.4 神經網路實際套用問題

8.3 基於神經網路的瓦斯濃度預測方法

8.3.1 BP算法

8.3.2 時間序列基本理論

8.3.3 瓦斯濃度預警系統面臨的主要問題

8.3.4 套用神經網路對瓦斯濃度進行預測的分析

8.3.5 BP神經網路模型參數的設計

8.3.6 神經網路預測的仿真實驗

8.4 BP神經網路的FPGA實現

8.4.1 神經網路的硬體實現與模組的劃分

8.4.2 瓦斯預警BP算法模組的實現

8.4.3 控制模組設計

8.4.4 實驗結果分析

第9章 雙波長光纖感測網路在煤礦瓦斯監測系統中的構成

9.1 雙波長測量及波長選取技術的原理

9.1.1 雙波長測量技術

9.1.2 波長的選取技術

9.2 雙波長光纖氣體感測系統設計

9.2.1 光纖感測系統框圖

9.2.2 雷射器

9.2.3 單色器

9.2.4 斬光器

9.2.5 吸收池

9.2.6 接收裝置

9.3 系統軟體設計

9.3.1 軟體使用方法

9.3.2 參數設定

9.4 實驗結果分析

9.4.1 系統性能測試

9.4.2 對比測試

9.4.3 穩定性測試

第10章 結論與展望

10.1 結論

10.2 展望

參考文獻