基于TDLAS技术气体浓度测量的快速拟合方法

基于可调谐二极管激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术的气体浓度测量系统通常以吸收光谱的归一化二次谐波信号反演气体浓度。然而以常用的数字锁相技术提取归一化二次谐波信号的方法消耗资源多、计算量大。为简化计算量,一种基于广义级数展开快速拟合的方法被提出,首先测量激光器的入射平均光强,结合光强调制系数计算线型函数及其平方项的傅里叶展开系数,即可拟合出归一化二次谐波信号。构建了CO2气体吸收光谱检测实验,实验测试及仿真计算结果表明采用本文方法拟合的结果与通过数字锁相技术实测的信号之间最大相对误差仅为2‰,计算消耗的时间却远小于后者,简化了系统资源,有利于TDLAS技术气体浓度测量系统的小型化、数字化。     

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。     

CO气体传感器的研究

为检测空气中CO的体积分数,以LaF3（掺杂5％CaF2）单晶作为固体电解质,CaCO3,CaO作为参比电极,不同CO体积分数的空气为待测电极构成敏感浓差电池。在不同温度和不同CO体积分数条件下,对电池两极电动势（EMF）进行测量。实验发现,电池EMF与CO体积分数对数呈线性关系;电池的响应时间小于15s。从测量得到的阻抗谱图,发现LaF3（掺杂5％CaF2）单晶具有较高的离子电导率。     

基于遗传算法的小波神经网络在多组分气体检测中的应用

由于利用不分光红外吸收法（NDIR）的多组分气体传感器对汽车尾气（主要成分为CO2、CO、HC化合物）进行同时测量时,所测气体浓度是交叉吸收干扰后的结果,造成测量误差大,分析精度低。针对此问题,将遗传算法优化的小波神经网络用于建立基于红外光谱的三组分气体定量分析模型中。采集CO2、CO、HC的浓度信号,作为模型输入,通过模型回归分析,得到对应的混合气体组分浓度,解决气体之间相互干扰的问题。最后通过实验数据对模型性能进行仿真分析,结果表明,该模型的平均误差相比于传统模型明显减低,取得较好的精度。     

便携式多气体检测仪设计

介绍一种便携式多气体检测仪的设计方案,使用PIC18LF6620作为核心处理器,同时连续检测O2、CO、H2S、CH4四种气体的浓度。详细介绍了气体传感器工作原理及其信号处理电路。经过实际测试,该检测仪具有体积小、重量轻、灵敏度高、响应速度快、测量精确等优点。     

矿井CH4和煤尘的光声复合检测方法研究

煤矿瓦斯（CH4）爆炸常常与煤尘爆炸相互伴随发生,以往CH4和煤尘的浓度都是分开检测,不利于煤矿瓦斯煤尘爆炸的准确预测。本文利用气体滤波光声技术和光散射原理对矿井气体中CH4和煤尘质量浓度进行复合测量。分别采用两个气体滤波光声腔作为CH4测量光声腔和煤尘参比光声腔（CO测量光声腔）,在光源和光声腔之间建立CH4和煤尘的测量腔,记录其进入该测量腔后光声信号强度的变化,通过对两个滤波波长上CH4吸收和煤尘颗粒消光的相关处理,同时得到CH4浓度和煤尘质量浓度。实验数据表明,光声复合检测方法可以对CH4和煤尘质量浓度进行准确检测,准确度达到10-4数量级。     

超声波测量气体温度的研究

测量封闭装置(如活塞式发动机)中燃烧气体的瞬时温度是极困难的,其主要原因是被测气体温度变化极快,而且温度较高;传统的被广泛应用于温度测量的热电偶或电阻温度计,又因其探头热容量大、热能损失大以及反应速度慢而不能用于类似的精确测温.本文之所以选用超声波测温,主要是因超声波频率高,在测量中可避免混入噪声,使测量精度大大提高.而且超声波的指向性好,可使声波的干扰和反射最小,达到精确测量的要求.1 测温原理     

基于自适应变异粒子群算法的混合核ε-SVM在混合气体定量分析中的应用

针对利用不分光红外吸收法（NDIR）的多组分气体传感器对汽车尾气进行同时测量时,红外光谱特征吸收谱线重叠较为严重,所测气体浓度是交叉吸收干扰后的结果,造成测量误差大,分析精度低的问题,提出了一种自适应变异粒子群算法的混合核ε-SVM方法,建立三组分混合气体定量分析模型,已消除混合气体之间相互干扰产生的误差问题。实验中,采集CO2、CO、C3H8的浓度信号,作为模型输入,通过模型回归分析,得到对应的混合气体组分浓度,通过实验数据对模型性能进行分析,结果表明,该模型的平均误差相比于传统模型明显减低,取得较好的精度。     

基于单片机控制的甲烷浓度报警监控仪

介绍了一个用单片机控制的甲烷浓度报警监控仪 ,能够准确地检测甲烷含量 ,当被测气体中甲烷浓度超过预定数值时 ,将声光报警 ,同时开始排风 ,可将测量结果传送 2 0 km之远。具有消除安全生产的最大隐患、电路设计新颖、参数测量准确、操作方便等特点     

同安煤矿4101综放工作面煤氧化自燃的标志性气体研究

煤自然火灾严重威胁着煤炭工业的安全。为了遏制该类火灾的发生,煤自然火灾指标气体的预测预报功能越来越受到人们的重视。本文通过煤氧化反应生产气体的红外光谱实验,分析了同安煤矿4101综放面煤样在升温氧化过程中,在不同温度下煤氧化自燃产生气体的红外光谱图谱,确定了此煤样在氧化自燃过程中在不同温度下出现的标志性气体。建立了标志性气体的预报模型,研究分析了煤样氧化自燃生产的CO、CH_4和C_2H_4气体的浓度与温度的关系。结果表明,4101综放工作面实验煤样氧化自燃生成的气体产物有H_2O、CO_2、CO、CH_4和C_2H_4等5种,CH_4、CO和C_2H_43种气体的浓度随温度的升高有着不同的变化规律。对矿井自燃火灾的预测预报具有重要的指导意义。     

基于ARM的红外气体浓度检测系统的设计

介绍了一种自行设计的以ARM处理器S3C44B0为核心、利用红外激光光谱检测原理实时测量高温气体浓度的便携式系统;该系统利用特定的激光光谱与相应的气体浓度之间的函数关系,设计出一种耐高温、响应快的传感器,将光信号转化为电流信号;μA级微弱电流经过I/V转换、放大滤波后转化为可用的电压信号通过A/D转换器送入S3C44B0进行采集和处理,通过数据处理程序计算得出实时浓度,输出到液晶屏显示;系统实时性能好,携带方便,除了检测燃油发动机的尾气,还可推广到化工、电力、矿山等行业的气体检测。     

基于激光气体分析的矿井火灾预警装置

分析了半导体激光吸收光谱技术监测气体浓度的基本原理,根据采空区煤自然发火的特征,采用气体分析法设计了一种基于激光气体分析的矿井火灾预警系统。依据煤自燃过程中各阶段释放标志性气体不同的特点,以及采空区三带静态分布的理论,给出了定性和定量判断采空区煤自然发火状况的判定方法,为矿井安全奠定了基础。     

平衡式探测器在吸收光谱导数检测中的应用

常规的光谱吸收式气体检测系统采用调制激光器驱动电流的方式来实现对发射波长的调制,再使用锁相放大器提取由此产生的被测气体吸收光谱的某一谐波分量,并对其进行回归分析以获得气体浓度值。在信号检测的过程中,由于激光器强度调制现象的作用,使目标谐波分量与其邻频谐波分量相互混叠,增大了后续的数字信号处理过程的难度。为了消除光强度调制效应的影响,将光纤延迟线和平衡放大式光电探测器配合使用,构造出气体吸收光谱的一阶导数信号,并以此取代波长调制光谱技术中的谐波信号实现对气体浓度的标定。在室温常压条件下,利用该方法测量了被氮气稀释的若干甲烷气体样本,取得的理论检测限为5.1 ppm。     

瓦斯多通道光纤传感器解调电路的设计

瓦斯多通道光纤传感器是一种基于可调谐半导体激光光谱吸收技术原理,结合谐波检测和波长调制技术对气体的浓度进行测量的检测系统,具有较高的灵敏度.但由于各通道光信号传输距离不同以及电路自身延迟会导致未知的相位差,给信号的处理带来困难.设计了一种基于模拟乘法器MLTD4的解调电路,并对相距为1.5Km的两个通道进行试验.结果表明,该电路可以准确提取被测信号中包含气体浓度信息的二次谐波分量,消除了未知的相位差,方便了信号的处理,并且提高了系统的稳定性.     

基于红外传感器和ARM的大气有害气体浓度监测系统

介绍了以ARM处理器S3C44B0为核心、利用红外光谱原理对大气有害气体浓度进行监测的实时在线检测系统.通过对测试原理和方法的充分论证之后,设计了气体浓度检测的红外传感器.开发了以S3C44B0为核心,包括A/D转换模块、LCD液晶显示模块、RS485通讯模块等在内的ARM中央硬件处理平台.与传统的同类传感器相比,具有...     

一种基于温控半导体激光波长扫描的光纤瓦斯测量系统

设计了一种基于温控半导体激光波长扫描的光纤煤矿瓦斯测量系统,通过改变中心波长1653 nm半导体分布式反馈( DFB)激光器的工作温度来扫描半导体DFB激光器的输出波长,在5 nm波长扫描范围内,存在明显的瓦斯气体吸收峰。半导体DFB激光器输出的光注入被测气体室,气体室的输出光携带有瓦斯气体浓度信息,用光电探测器将光信号转化为电信号,再由A/D采集卡采集到信号处理系统,通过对有吸收峰位置的光功率和无吸收峰位置的光功率进行比较,则可计算出瓦斯浓度。该传感系统采用80 mA恒流源驱动半导体DFB激光器,使其输出光强保持不变,其结构简单、灵敏度高。     

基于ARM的SF6中微水含量检测系统

介绍了一种以ARM处理器S3C44B0为核心、利用红外光谱原理对SF6气体中水分含量进行监测的实时在线检测系统。系统运用基于分子辐射吸收理论的红外检测技术,设计了探测水分的光电传感器;开发了以S3C44B0为核心,包括A／D转换模块、LCD液晶显示模块、基于串口的GPRS通信模块等在内的ARM中央硬件处理平台。与传统检测设备相比,该系统灵敏度高,重复性好,实时性强,是测量精度达到0．001％,是测量SF6气体中微水分含量的理想设备。     

在线气体分析系统在炼钢厂的应用

介绍宣钢炼钢厂转炉煤气回收过程的在线气体分析,比较激光分析仪和抽气式气体分析仪的工作原理及特点。     

影响热导传感器气体检测性能的原因分析

热导气体传感器具有检测范围大，可检测多种气体，检测装置简单、成本低廉等许多优点，但也存在检测精度差、灵敏度低等缺陷，限制了该传感器的广泛应用。文中介绍了热导传感器气体检测的基本原理和传统的检测方法，根据传热学理论建立了热导传感器的热平衡方程，在此基础上对传统气体检测方法进行了分析和研究，得出了传感器温度随被测气体浓度的变化而变化的特性是影响气体检测性能的根本原因的结论，并指出采用恒温检测方法是一个有效的解决办法。     

非本征F-P传感器在瓦斯检测系统中的应用

详细介绍了非本征F-P光纤传感器的结构、特点和工作原理,阐述了非本征F-P光纤传感器在瓦斯检测系统中的应用。该传感器采用空芯光子晶体光纤作为载体,不受环境温度的影响,具有灵敏度高、抗干扰能力强、传输损耗小的特点,可显著提高瓦斯浓度检测的准确性和精度。