CH_4监测的反射式光纤传感方法研究

根据CH4的光谱吸收特性,研究了一种基于比尔-朗伯定律的光纤CH4气体传感方法。采用1665nm的分布反馈式激光器(DFB-LD)光源,设计了一种带有环形器的反射式气室结构,实现了传感器小型化。实验结果表明,该方法可探测的最小CH4浓度约为10ppm,系统灵敏度较高且稳定性好。     

基于光谱吸收CH4传感器灵敏度的分析

基于气体红外吸收的基本原理,首先对部分常见气体的吸收谱进行了解,然后对甲烷（CH4）气体传感器原理进行分析。对于光纤气体传感器而言,气体检测灵敏度是一个重要的考虑因素。通过对光谱吸收理论的分析和数据模拟,得到在不考虑光路干扰因素,理想状态情况下,气室吸收长度L和气体浓度C对传感器灵敏度的影响。当L一定时,C增大,则会提高传感灵敏度。当C一定时,增加L,尤其当C较高时,则传感灵敏度较高。     

连续波调频技术用复用的光纤气体多点传感系统

本文提出并实验完成了一种新型的光纤气体多点传感系统。利用连续波调频（FMCW）技术复用多个气体吸收型光纤传感器,成功地实现了有两个传感探头的气体传感器阵列,系统最小的可探测气体（乙炔）浓度大约为300ppm(2.5cm气体吸收盒,一个大气压）。     

矿用CH4-CO2红外传感器温度补偿算法模型研究

红外气体传感器检测气体浓度具有响应速度快、稳定性高等特点,但检测精度受温度变化影响大。本文对不同温度下矿用CH4-CO2红外传感器待测气体响应信号进行实验研究,并研究传感器的温度补偿算法模型,消除温度对传感器响应信号的影响。研究结果表明:在环境温度20 ℃时,CH4-CO2红外传感器响应信号与待测气体浓度之间呈现良好的线性关系;温度越高,CH4-CO2红外传感器的响应信号越大。通过建立随机森林模型进行温度补偿,CH4红外传感器和CO2红外传感器的响应信号和待测气体浓度之间的相关系数分别为0.9203和0.9099,响应信号与待测气体浓度之间的线性相关度提高、均方误差和平均绝对误差均减小,CH4红外传感器精度更高。基于随机森林温度补偿模型在10~25 ℃温度变化范围内可减小温度对矿井气体浓度监测的影响。     

基于谐波检测原理的双光路CH4检测研究

基于谐波检测原理,研究了一种高灵敏度易于实现的近红外光谱吸收型光纤CH4气体传感器.系统采用分布反馈式(DFB)LD做光源,通过光源调制实现气体浓度的谐波检测,加入参考光路和参考气室,利用2个二次谐波的比值作为系统输出,消除了光源波动和光路干扰的影响,建立了传感器的数学模型,给出了CH4气体测量系统的实验结果,实验表明,该仪器的检测灵敏度可以达到1×10-4.     

恒温NDIR二氧化碳气体传感器研究

环境温度变化会影响CO2对红外光的吸收效率,为提高非色散红外(NDIR)CO2气体传感器的测量精度,设计了一种基于增量式PID算法的恒温CO2气体传感器系统。首先利用ANSYS FLUENT软件对恒温控制下的采样气室内部热分布进行模拟仿真,验证了恒温控制的可行性,然后设计了基于PI加热片的恒温控制系统。实验结果表明,在0~2000 ppm气体浓度范围内,本文提出的CO2气体传感器在恒温40 ℃时的测量误差小于±60 ppm,该结果对于研制高性能气体传感器有一定参考价值。     

基于红外检测的甲烷传感器中光谱吸收理论的研究

分子光谱理论是光谱吸收式光纤气体传感器的理论基础,对于光纤红外法检测有毒气体的浓度具有重要意义。根据朗伯-比尔(Beer-Lambert)理论,首先从甲烷(CH4)气体浓度的定量分析以及分子参数的理论进行研究,再通过分析CH4气体的吸收线得出其吸收系数α(v)的一般方法。由分析得当气体压强P<0.02 atm时多普勒展宽占优势,用高斯线型拟合吸收线;当P>0.l atm时碰撞展宽占优势,用洛仑兹线型拟合吸收线;当0.02 atm相似文献   

基于宽带光源与相关光谱技术的CH4传感器研究

针对传统光学传感技术气体选择性不高与激光光源在气体检测中需严格控温的缺点,采用红外宽带光源进行CH4气体的检测,并结合实验所用气室与光电探测器件参数,利用HITRAN数据库对CH4吸收进行仿真计算,得出了系统理论探测下限与光强信号之间的变化规律。在不同CH4浓度梯度的实际测量中,采用快速傅里叶变换(FFT)与Savitzky-Golay数字滤波相结合的方法对系统噪声进行处理,将外部因素引起的噪声干扰降低了1个数量级,在不同CH4浓度梯度的实际测量中,利用CH4浓度和光强调制系数的对应关系对系统进行了标定,并通过数据拟合得到CH4浓度的反演曲线,相关系数达到0.998 83,测量灵敏度低至20×10-6,系统检测下限约为50×10-6;与传统化学传感器相比,系统测量误差小于1.5~7.0%,实现了CH4浓度的精确检测。     

新型多功能矿用危险气体传感器的研究

基于CH4气体的吸收光谱特性,采用开腔气室结构及单光束多波长探测技术,研制出一种多种功能矿用危险气体传感器.与商用的各种CH4传感器相比,它除了具有测量范围宽、精度高及响应快等常规特点外,还能进行多组气体组分含量的测量,且能对所测气体的爆炸性和危险度进行分析.     

基于PANI/Au/Al2O3的丙酮气体传感器选择性及感测机理研究

以PANI为敏感材料,采用电聚合法制备PANI/Au/Al_2O_3电极,组装成感测系统,并以干燥的N_2为背景气体,对23～1189 ppm浓度范围的丙酮气体进行感测。分别添加O_2、CO_2、NH_3、水蒸气作为干扰气体进行选择性实验。结果表明,当以O_2或CO_2作为干扰气体时,该气体传感器的灵敏度均有所降低,但混合气体中丙酮的浓度与感测电极的电阻变化率仍具有良好的线性关系;当加入水蒸气(30%RH)或4 ppm氨气时,该丙酮气体传感器的电阻变化率分别稳定在5%和4%左右基本不变,不随丙酮气体浓度的改变而改变,说明该传感器受水分和氨气的干扰非常大。最后分别对PANI与丙酮、CO_2、NH_3、水蒸气进行反应的机理进行了分析。     

利用TDLAS技术的多点甲烷气体全量程监测

甲烷气体是一种对人体和环境有严重危害的气体,特别在煤矿、天然气罐、气站和石油化工等安全生产领域,对甲烷气体的泄漏监测至关重要。利用可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）,选择1 653.72 nm波长作为甲烷气体直接吸收检测的中心波长,使用微透镜设计了14 cm光程吸收池建立了一套浓度范围为0~100%全量程甲烷在线监测系统,利用分束器分成多路对不同位置进行监测,通过小波变换对吸收信号进行降噪处理,提高信噪比,使系统的最低测量极限达到335 ppm （1 ppm=10-6）,并将自行研制的多点全量程激光甲烷传感器与商用红外甲烷气体探测器进行对比实验,结果表明:该系统具有测量稳定性好、测量范围大、响应速度快、免调校、测量探头本征安全、低成本等优点,完全有能力满足各行业的使用需求。     

Methane Detection with a Tungsten-Calix[4]arene-Based Conducting Polymer Embedded Sensor Array

The detection of methane is important for industry, environment, and our daily life, but is made challenging by its small size, high volatility, and nonpolar nature. Herein, a tungsten-capped calix[4]arene-based p-doped conducting polymer with hexafluorophosphate or perchlorate counter-anions as a transducer is used to detect methane in dry air. The host–guest interaction between calixarene moieties within the polymer chain and methane molecules leads to the resistance variation of the polymer. The experimental limit of detection (LoD) of methane for the polymer-based sensor is demonstrated to be less than 50 ppm at room temperature, and the extrapolated theoretical LoD of 2 ppm represents exceptional sensitivity to methane. Furthermore, the discrimination of methane from interfering volatile organic compounds is achieved by exploiting a sensor array using complementary chemiresistors and principal component analysis.     

石英增强光声光谱在氢气纯度分析中的应用

设计了一种基于石英增强光声光谱技术的痕量气体传感器,用来检测非纯氢气中的痕量甲烷浓度。传感器被配置了一个微型谐振腔,能够在空间上对声波进行限制,用以增强信号幅值。在这种配置和27 kPa的最优气压下,获得的甲烷探测灵敏度为3.2 ppm（1 s平均时间）,相应的归一化噪声等效吸收系数（1σ）为2.45×10^-8cm^-1W/Hz^1/2。     

红外吸收型瓦斯传感器的研究

着重介绍了红外吸收型瓦斯传感器的分类及原理，并对其特点和存在的问题进行了分析。     

基于光谱吸收原理光纤甲烷传感器实验分析与研究

光纤气体传感器是一种新型传感器,从光纤链路损耗实验、光源驱动和锁相放大电路输出波形实验、甲烷气体吸收实验等3个方面对甲烷气体传感器性能进行了分析和测试。实验结果表明基于光谱吸收原理的光纤甲烷传感器系统性能较为稳定,灵敏度较高,测量范围宽,重复性较好,因此该传感器适合于煤矿井下瓦斯检测,满足各种要求。     

SnO2：TiO2薄膜氨气敏光纤传感器的研究

本文作者利用ＳｎＯ２：ＴｉＯ２气敏光学薄膜设计制成气敏光纤传感器，并用它测定氨蒸汽浓度，传感器的灵敏范围为１５０￣６０００ｐｐｍ，灵敏度为２００ｐｐｍ。     

基于改进RBFNN算法的瓦斯传感器非线性校正

为了提高瓦斯传感器的精度和灵敏度,提出将改进的径向基函数神经网络(RBFNN)算法应用于瓦斯传感器系统中,对瓦斯传感器的非线性进行校正,同时分析了温度对瓦斯浓度预测的影响,然后利用RBFNN进行离散训练。实验结果表明,经过改进径向基函数神经网络(RBFNN)后,得到的数据比实际测量的瓦斯浓度要更接近于真实值,所产生的平均误差≤±0.1%。预测效果很好,达到了预期的技术指标,提高了瓦斯检测的灵敏度和精度。     

Effect of Pt, Pd, Au additives on the surface and in the bulk of tin dioxide thin films on the electrical and gas-sensitive properties

The microstructure and properties of thin (??100 nm) SnO₂ films with noble metals Pt, Pd, Au additives, grown by dc magnetron deposition are studied. It is shown that the introduction of additives into the bulk and the deposition of dispersed catalysts on the semiconductor surface make it possible to control the sensor parameters in pure air and upon exposure to reduction (CO, H₂, CH₄) and oxidation (NO₂) gases. Possible mechanisms for the effect of Pt, Pd, Au on the bulk and surface properties of tin dioxide are discussed. The technological conditions for film growth, which provide the selective detection of low concentrations (10?C100 ppm) of CO and H₂, below-explosive concentrations (0.5?C2.5 vol %) of methane, and trace concentrations (0.05?C5 ppm) of NO₂ are determined.     

锯齿波调制半波扫描技术对甲烷检测系统的性能改进

为了能够在复杂的环境下实现甲烷气体浓度的高精度和高稳定性检测,在基于光谱吸收原理的光纤甲烷检测系统的基础上,提出了利用锯齿波调制的半波扫描技术,较大程度改进了系统的性能指标。采用锯齿波调制光源的方式,同时对光信号进行波长调制和强度调制,实现对甲烷气体的洛伦兹吸收线型扫描。锯齿波调制的方式能够解决信号链路噪声、环境噪声等随机信号对光强造成的干扰,消除光源波长漂移对检测带来的影响,且实现了积分处理,进一步提高检测精度;但由于甲烷吸收光谱的对称性,采用通用的全波扫描方式,气体吸收光强后进行微分处理会出现正弦型曲线,无法准确确定吸收的光强所对应的数字量;而采用半波扫描方式,气体吸收光强后进行微分处理只出现凹型曲线,可以准确确定吸收的光强所对应的数字量。实验结果表明:采用锯齿波调制的半波扫描方式,可以准确测得甲烷气体浓度;测量范围为0%~10%,精度由100 ppm提升到10 ppm（1 ppm=10-6）,稳定性由0.3%提升到0.01%。该系统经过改进后在复杂环境下受温度影响小,精度高,稳定性好,抗干扰能力强。