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內容簡介

本書針對煤礦生産環境，主要研究激光檢測甲烷相關理論及其方法。全書共分為8章，第1章和第2章為研究背景及甲烷吸收光譜理論基礎研究，給齣並建立激光氣體檢測係統；第3、4、5、6章為激光檢測甲烷具體方法研究，以及在礦井溫度、壓力影響下激光精確測量甲烷算法研究。其中，第3章為激光器溫度控製算法及諧波信號檢測設計，第4章為溫度、氣壓對測量的影響分析及補償方法，第5章為基於專傢係統隨機逼近的激光器溫度突變控製方法，第6章為甲烷氣體的多點檢測復用及其貝葉斯融閤算法。第7章為激光甲烷傳感器實驗測試及現場應用。第8章介紹瞭相關研究工作的結論與展望。在附錄中給齣中煤科工集團重慶研究院有限公司測控分院與課題研究相關的煤礦檢測與監控設備，以及這些設備的相關參數與應用情況。

本書可供自動化、測控、通信、安全及相關專業高校師生和有關工程技術人員參考學習。

目錄

第1章 激光氣體測試及其研究基礎
1.1 選題背景及研究意義
1.2 甲烷氣體檢測技術簡介及優缺點對比
1.3 激光氣體檢測技術國內外發展與研究現狀
1.3.1 國外研究現狀
1.3.2 國內研究現狀
1.4 激光氣體檢測技術存在的問題及研究方嚮
1.5 研究內容及技術路綫
1.5.1 研究內容
1.5.2 技術路綫

第2章 甲烷吸收光譜理論及激光氣體檢測係統設計
2.1 甲烷吸收光譜理論
2.1.1 分子吸收光譜構成
2.1.2 球形陀螺結構分子
2.1.3 分子的吸收譜綫綫型
2.1.4 甲烷分子吸收譜綫
2.2 光譜吸收定律分析
2.3 諧波檢測理論推導及檢測方法
2.3.1 諧波理論推導
2.3.2 諧波檢測方法及噪聲分析
2.4 激光氣體檢測係統設計及仿真
2.5 諧波信號檢測硬件設計及數據測試
2.5.1 激光器驅動電路與信號檢測電路設計
2.5.2 激光甲烷吸收信號的FPGA諧波信號輸齣
2.6 本章小結

第3章 激光器溫度控製算法及諧波信號檢測設計
3.1 甲烷濃度檢測算法分析及擾動因素參數分析
3.2 波長、光強特徵參數提取方法
3.2.1 光縴法布裏-珀羅乾涉原理直接測量波長法
3.2.2 甲烷參考氣室特徵參數檢測算法
3.3 基於粒子群的激光器溫度模糊控製算法
3.3.1 激光半導體製冷器溫度控製思路
3.3.2 粒子群模糊控製算法及步驟
3.4 本章小結

第4章 溫度、氣壓對測量的影響分析及補償方法
4.1 環境因素對甲烷檢測的影響
4.2 甲烷吸收光譜的溫度特性分析
4.2.1 溫度對甲烷吸收譜綫寬度的影響
4.2.2 溫度對甲烷吸收綫強度的影響
4.2.3 激光甲烷傳感器的溫度特性
4.3 基於分段和重心插值的自適應迭代溫度補償技術
4.3.1 分段綫性插值
4.3.2 重心拉格朗日插值
4.3.3 自適應迭代算法思路
4.4 自適應迭代算法描述及其實驗驗證
4.4.1 自適應迭代算法步驟
4.4.2 驗證實驗
4.5 激光甲烷傳感器氣體壓強補償技術
4.5.1 氣體壓強對甲烷吸收譜綫的影響
4.5.2 激光甲烷傳感器的壓強特性
4.5.3 自適應迭代的壓強補償算法及驗證
4.6 本章小結

第5章 基於專傢係統隨機逼近的激光器溫度突變控製方法
5.1 激光器環境影響分析
5.2 環境溫度變化的測試實驗及分析
5.2.1 激光器溫度控製的實驗測試
5.2.2 激光器溫度跟蹤規律
5.2.3 激光器溫度變化對甲烷濃度檢測的影響
5.3 激光器溫度補償模型建立
5.4 激光器溫度補償硬件
5.5 基於專傢係統隨機逼近的溫度補償算法
5.5.1 隨機過程的局部綫性插補
5.5.2 不同初始溫度的局部綫性插補
5.5.3 補償算法驗證實驗
5.6 本章小結

第6章 甲烷氣體的多點檢測復用及其貝葉斯融閤算法
6.1 問題提齣
6.1.1 多點檢測復用技術
6.1.2 多點檢測補償問題
6.2 基於參數估計的多傳感器數據算法描述
6.2.1 Bayes算法描述
6.2.2 關聯測點的選擇
6.2.3 多數據融閤算法
6.3 基於Bayes理論的多點測試甲烷濃度補償方法步驟
6.4 基於Bayes理論的多點測試甲烷濃度融閤算法驗證
6.5 本章小結

第7章 激光甲烷傳感器實驗測試及現場應用
7.1 激光甲烷傳感器的性能測試
7.2 煤礦瓦斯監測係統簡介
7.2.1 KJ90NB煤礦監控係統試驗平颱
7.2.2 煤礦監控係統的試驗研究及測試
7.3 激光甲烷傳感器現場應用及測試
7.3.1 GJG100J型激光甲烷傳感器推廣及試驗
7.3.2 GJG100J（B）型煤礦管道用高濃度激光甲烷傳感器
7.4 本章小結

第8章 結論與展望
8.1 主要結論
8.2 主要創新點
8.3 研究工作展望
附錄：相關的煤礦檢測與監控設備及其參數
參考文獻
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