非分光红外的新型SF6传感器设计

系统采用单光束双波长的光路结构,结合测量通道和参比通道两路输出,有效增强了传感器的抗干扰能力和检测精度.利用新型电调制红外光源和高精度滤光片一体化的热释电红外探测器,辅以合理的气室结构设计,大大提高了系统的紧凑性与稳定性.在信号处理方面,利用超低功耗的单片机系统进行数据实时处理与显示.实验结果表明:该传感器能够准确检测0-2 500×10-6范围内的SF6气体浓度,分辨率为1 ×10-6,检测精度为2％FS.     

基于GA-BP神经网络的红外CO2传感器湿度补偿研究*

为了提高红外CO2气体传感器的探测灵敏度和精度,首先研究了不同镀膜对非色散扁锥腔CO2气体传感器的红外吸收效率和灵敏度的影响.然后搭建了湿度实验平台,着重研究了环境湿度对气体浓度测量结果的影响.最后,采用遗传算法优化的BP神经网络算法(GA-BP)对传感器进行了湿度补偿.实验结果表明:在室温条件下、0～2000×10-6浓度范围内,镀金腔体的CO2传感器具有更高的红外吸收效率和灵敏度;在40％～80％湿度范围内,CO2气体传感器的测量误差与相对湿度密切相关,最高误差达645×10-6.采用GA-BP算法数据融合补偿后,传感器湿度漂移得到了较好抑制,整体平均误差小于±110×10-6,表明CO2气体传感器的测量精度得到了大幅提升.     

基于曲面拟合理论CO_2传感器数据融合研究

针对CO2气体传感器在实际应用中,由于环境因素干扰而导致检测精度下降这一问题,提出了采用曲面拟合理论的数据融合方法来消除环境温度对传感器输出的干扰。实验是在气体和温度的二维标定系统中进行,实验温度为0~50℃,CO2气体体积分数为(0~2000)×10-6,标定点取36个。通过数据融合,有效地降低了温度变化对CO2气体传感器输出的干扰,提高了气体传感器和温度传感器的测量准确度。     

一种AlN基陶瓷微热板NO2气体传感器研究

针对传统硅基微热板半导体气体传感器存在的热稳定性差,工艺复杂等难点,采用良好热导特性的AlN陶瓷为衬底,利用柔性机械剥离工艺和半导体材料In2O3/Nb2O5/Pt厚膜工艺制备了NO2微热板气体传感器.传感器中间加热区周围采用热隔离结构设计,降低了加热区温度分布梯度,提高了温度效率.利用ANSYS有限元工具进行了热结构仿真分析和响应测试分析,验证了热隔离结构设计的合理性.气敏测试分析表明,传感器在不同加热功率条件下,对5×10-6~100×10-6的NO2气体都具有良好的气敏响应特性,经对比分析,在功率150 mW~200 mW时稳定性最佳,且响应速率小于60 s,恢复时间在100 s左右,可实现5×10-6~100×10-6浓度的NO2气体良好检测功能.     

基于GA-WNN温度补偿的红外CO2气体传感器系统研究

为了提高红外CO2气体传感器的探测灵敏度和精度,首先基于计算流体动力学（CFD）仿真计算,研究了传感器腔内气体辐射功率吸收效率与腔体结构之间的关系,模拟结果表明：当圆柱腔体的直径与内壁反射率固定时,腔体结构存在最佳腔长可使传感器红外辐射功率吸收效率达到最大。然后基于CFD仿真的结果设计和实现了CO2气体传感器,并开展了实验比对与验证,进而着重研究了环境温度对气体测量结果的影响。实验结果表明：在5~45oC温度范围内,传感器在0~2000 ppm浓度范围内的测量误差随着温度升高而显著增大。最后采用遗传小波神经网络算法（GA-WNN）对传感器进行了温度补偿,数据融合补偿后传感器的温度漂移得到了较好的抑制,其绝对误差小于±70 ppm,在非样本温度点下,整体平均误差小于±100 ppm,表明CO2气体传感器的测量精度得到了较好的提升。     

便携式SF6气体检漏仪的设计与实现

根据SF6气体的红外光谱吸收原理,设计并实现了一种定量检测SF6气体的便携式检漏仪.通过对传感器信号进行温度补偿和压力补偿,有效提高了仪表测量精度和灵敏度.采用双波长双光束检测方法,解决了因光源老化、采样池和检测器表面污染的因素使测量精度下降的问题.通过实验测量和现场应用,该检漏仪设计性能稳定、测量精度高,测量范围为0～50ppm,精确度为0.65ppm.     

基于红外光谱吸收原理的SF6浓度检测系统研究

介绍了基于红外激光吸收方法的SF6检测系统,讨论了系统的检测原理以及系统硬件和软件的实现方法l通过对不同气体浓度透过率的测量,反演出气体浓度与透过率的关系式,并且以此关系式为依据,实时测量SF6气体浓度;探测器探测到SF6的红外吸收信号,通过ADC将模拟信号转换成数字信号,单片机将采集到的数字信号进行处理显示并且通过RS485与上位机通讯;系统实现了自动化测量,方便快速.     

基于TDLAS-WMS的近红外痕量CH_4气体传感器

为了对煤矿CH4气体进行实时监测,基于混合可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)与波长调制光谱(WMS)的检测技术,采用中心波长为1.65μm的分布反馈(DFB)激光器,设计并研制出痕量CH4气体传感器。利用自主设计的DFB激光器温度控制器,通过调节激光器工作温度,进而使其发光光谱扫描CH4气体的吸收跃迁谱线。同时利用WMS检测技术将待测信号频率移至高频区,减小1/f噪声。利用该痕量CH4气体传感器,在被测气体体积分数为(0~106)×10-6的范围内,对二次谐波信号进行了提取。测试结果显示:在(0~106)×10-6范围内相对测量误差小于7%,检测下限为11×10-6。同时,研究人员可以通过更换其他波长的激光器,实现对其他气体的检测。     

SF6气体传感器电气性能分析

在负极性电场电晕放电过程中,当SF6气体进入到传感器内,捕获电场中的慢速电子生成负离子.SF6气体负离子与载气正离子复合成中性化合物,被载气带出传感器外,而使原有的基流减少.该基流的减少量与被测气体的体积分数成一定的比例关系.将变化的基流转为体积分数指示信号输出,从而达到检测SF6气体体积分数的要求.在待测气体中SF6含量不大于1200×10-6范围内,传感器分辨力以体积分数计不大于0.1×10-6,灵敏度不低于1.0μA/10-6.     

基于重掺杂的谐振式传感器频率温度系数补偿研究

MEMS谐振式传感器具有精度高、准数字输出、抗干扰能力强等特点,高精度压力传感器、应力传感器等多采用谐振式工作原理.频率温度系数补偿是实现高精度谐振式传感器的关键技术.通过实验研究了利用重掺杂改善硅频率温度系数的技术.实验表明:P型掺杂浓度达到7 × 1019/cm3 时,〈110〉晶向频率温度系数降低到-11. 68 ×10-6/K;N型掺杂浓度达到6 ×1019/cm3 时,〈100〉晶向谐振频率是温度的二次函数,在80℃左右频率温度系数有过零点.首次实验演示了利用低功耗加热控制结合N型重掺杂,当环境温度由30℃变化到40℃时,谐振频率温度漂移仅为1. 13 ×10-7/℃.利用该技术可实现超高温度稳定性的谐振式传感器.     

新型扁锥腔红外CO2气体传感器系统研究

为提高红外CO2气体传感器测量精度,本文利用非分光红外探测技术设计了以白炽灯红外光源、双通道热电堆红外探测器和扁锥腔体为主要元件构成的新型红外CO2气体传感器。采用Zemax光路仿真分析,研究了新型扁锥腔CO2气体传感器探测面光强分布,并结合ANSYS FLUENT软件对扁锥型气室进行结构优化。以STM32单片机为核心,实现了光源电调制,采用ICL7650放大处理探测器的电信号,再由STM32控制ADC进行信号采集,提高了测量系统的抗干扰能力。在此基础上开展了标定和测试实验,结果表明：在25℃环境中,传感器能够准确检测出0-2000 ppm量程范围内的CO2气体浓度,具有较好的重复性和长期稳定性。三组实验平均相对误差最大为5.2%,重复性误差最大为5.5%,稳定度为2.3%。该研究对红外CO2气体传感器结构优化和测量精度的提高具有参考意义。     

基于恒温谐波检测双回路瓦斯浓度仪研究

针对传统气体传感器检测范围窄、易中毒、使用寿命短等缺陷,提出基于恒温谐波检测的双回路瓦斯浓度检测系统。通过ATMEGA16实现低浓度的电化学检测电路切换高浓度的红外吸收检测电路,恒温惠斯通电阻电桥检测电路可减少温度场对传感器性能影响;应用谐波检测原理消除红外光路干扰,稳定光源的输出功率,提高灵敏度。利用拉格朗日插值定理进行温度补偿,可消除温度漂移带来的瓦斯浓度二值性问题,并能在5.3%瓦斯浓度处实现高精度的瓦斯爆炸预警。实验结果表明：双回路检测仪具有高灵敏度、测量范围广、精度高等特点,可应用在突出灾害时瓦斯大量涌出检测中。     

微型碳纳米管NH3气体检测系统

基于制备得到的微型碳纳米管NH3传感器,研制了一种便携式气体浓度检测系统。此系统由恒流源驱动,通过微控制单元实现自动检测。为了便于安装、维修与调试,该系统所有电路均采用模块化设计,检测系统可以比较精确地测量25 kΩ以内电阻的变化,可以精确检测5×10－6～50×10－6范围内NH3气体浓度。     

分压型氧传感器在氧气体积分数测量中的应用

介绍了采用分压型氧传感器的氧气体积分数测量系统的构成,讨论了分压型氧传感器结构和应用方法。给出了分压型氧传感器和环境压力传感器的信号处理和检测方法,以及控制电路的设计。经过测试,系统在室温环境下测量精度优于±1％FS,-55-70℃范围内优于±2％FS。在70℃环境下1000h寿命试验中,工作稳定,精度漂移量小于±1％。     

近红外光谱吸收法检测油气田中H2S体积分数

基于四川地区油气田高含硫现象,提出一种新型系统利用红外光谱吸收测量法检测H2S气体体积分数,有效解决传统气体检测技术中的杂质气体干扰和传感器中毒的问题。设计了一种新型气室,增强了气体对光的吸收,并有效降低了环境温度、灰尘、震动等因素对检测的影响。由于使用LED作为光源,降低了使用中的成本,使该系统的实际应用成为可能。实验结果表明：该系统的测量灵敏度可达10×10^-6,误差始终控制在2％以内,具有很高的稳定性。     

NASICON固体电解质VOC气体传感器研究

采用溶胶-凝胶法制备NASICON（钠超离子导体）和NiCrxMn2-xO4材料,以NASICON为离子导电层,尖晶石结构材料NiCrxMn2-xO4（x=0.6-1.4）为敏感电极构建混成电位型VOC气体传感器。结果表明,以NiCr0.6Mn1.4O4为敏感材料制作的气体传感器对正己醇,苯,甲醛和甲醇具有较好的响应。在350℃时,对100×10-6正己醇、甲醛和甲醇的EMF变化分别为116、73和60 mV。对10×10-6~300×10-6正己醇的灵敏度可达到89 mV/decade。另外,传感器具有良好的可再现性,较快的响应恢复速率以及较宽的测试范围。     

固体电解质电位型甲烷传感器的气敏性能研究

研究了甲烷浓度和工作温度对氧化锆基混合电位型传感器响应值的影响.以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为固体电解质,氧化锡(SnO2)为工作电极的传感器对(200~1000)×10 -6浓度的甲烷具有良好的传感性能,传感器响应值与甲烷浓度的对数值呈良好的线性关系,传感器在650℃时具有良好的传感性能,其中响应时间和恢复时间均低至5 s.     

掺杂CNT的Fe2O3气体传感器对乙醇气敏特性的研究

采用酸化后的碳纳米管（CNT）对Fe2O3进行不同比例的掺杂,利用扫描电镜（SEM）对气敏材料进行表征,制作成旁热式气体传感器后在乙醇气氛中与Fe2O3气体传感器进行对比。重点分析了掺杂量,工作温度及气体浓度对传感器灵敏度及响应恢复时间的影响,并对气敏机理进行了详细研究。结果表明碳纳米管的适量掺杂有效的提高了传感器的灵敏度并缩短了响应恢复时间,其中在216℃时对50×10-6的乙醇气体灵敏度达3.4。