反射式红外甲烷传感器气室设计

设计给出一种稳定性好、灵敏度高的反射式红外甲烷传感器气室设计过程与测试结果。红外甲烷传感器基于色散型红外吸收光谱法的原理,利用非分光红外探测技术过滤甲烷气体的特征波长以外的光线,再采用双通道补偿技术对气室内部的甲烷气体体积分数进行检测。气室是红外探测器、传输光路、红外光源集成装配体,其结构和性能对器件性能至关重要。气室内壁设计成镀金的旋转抛物面,红外光经抛物面反射成近似平行的光束,该红外光束在气室内部传播过程被气室底盖反射到探测器,增加了甲烷气体的吸收光程,起到了提高气室的灵敏度的作用。设计完成后,经过甲烷环境的测试,反射式气室的稳定性、灵敏度、反应时间等都有良好的表现。     

微型双气体红外传感器的设计与实现

基于朗伯—比尔吸收定律,利用非分光探测技术设计了双气体红外传感器。设计的红外传感器可以检测CH4和CO2。重点介绍了稳定性好、灵敏度高的反射式气室的设计。该气室对红外光源和红外探测器的位置进行了合理的布局,实现了传感器的微型化设计。经过测试,在CH4和CO2气体体积分数较低的范围内,反射式气室红外传感器的最大测量误差仅为±0.05%。     

基于微型泵吸式的矿用红外一氧化碳传感器研制

现有基于电化学原理的矿用一氧化碳传感器测量数据易受烷类气体、氢气苯类等气体及矿井环境压力的影响,测量结果误差大,且需定期调校。针对该问题,研制了一种基于微型泵吸式的矿用红外一氧化碳传感器。该传感器基于非分散式红外吸收原理,利用CO气体对4.5μm的红外辐射具有强烈的吸收,通过测量红外辐射的初始能量和红外辐射被气体吸收后的能量,检测出CO气体浓度。针对扩散式一氧化碳传感器检测采样速度慢,检测结果容易受检测环境的风速、温度等外界因素干扰的问题,采用微型泵吸式检测方式,气体通过微型气泵的流动进入红外敏感元件气室,保证了传感器气流的稳定性。6个月的工业性试验结果表明,该传感器相比传统电化学传感器,具有红外波长固定、测量数据不受其他气体影响的优势;使用中,矿用红外一氧化碳传感器的维护周期大于6个月,主要维护操作是清洁处理,无需更换敏感元件及标校。     

基于差分吸收检测技术的非色散红外SF6传感器

基于非色散红外吸收原理,以电调制红外光源、采样气室和双元红外探测器组成的红外传感模块为核心,利用差分吸收检测技术设计了一种小型化高性能的SF6气体传感器.利用标准气体进行浓度标定,拟合了SF6气体浓度与电压关系曲线,实现了对SF6气体浓度的准确检测.根据传感器检测误差随环境温度变化的规律,系统研究了温度补偿方法,有效提高了传感器在不同温度下的检测精度.实验结果表明,该传感器系统在环境温度10℃~40℃、气体浓度0~2500×10-6范围内的检测精度小于±50×10-6,分辨率为1×10-6,系统响应时间小于5 s,具有良好的重复性和稳定性.     

光程可调吸收气室气体传感器研究

光程可调吸收气室可满足光纤气体传感器不同探测灵敏度和量程的需求。介绍了吸收气室的基本结构,并利用TracePro软件对气室进行了光学仿真设计和分析,确定了多次反射池的光学参数。对气室的结构、防腐工艺、密封工艺及光程可调节进行了研究。通过调试和实验测量,结果表明：气室光程可在0.8～30 m范围调节,完全可应用于低浓度气体（对应长光程气室）和高浓度气体（对应短光程气室）的检测。     

红外甲烷传感器直射式气室设计

针对采用反射式气室的红外甲烷传感器测量误差较大的问题,基于红外光谱吸收原理,利用非分光探测技术设计了一种新型直射式气室。该气室采用硅半导体片状红外光源、双通道红外探测器及一定长度的气室中腔,选用GaF2作为光源及探测器的视窗材料,搭配外部电路实现对CH4体积分数的监测。0～2.5%CH4体积分数范围内的测试结果表明,采用直射式气室的红外甲烷传感器最大测量误差仅为±0.05%。     

微机械气体红外探测器的CFD模拟

概要地介绍了一种可工作于室温环境下的微型气体红外探测器,它基于气体吸收红外辐射后以无辐射去激励方式产生一系列热效应的物理基础,可获得包含红外辐射源信息的信号.为深入研究热效应所产生的微热信号对器件整体性能的控制和影响,建立了相应的流体力学(CFD)模型,通过数值分析方法,获得了气体物质微观行为随红外辐射源辐射特性的变化关系.     

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。     

非色散性智能红外瓦斯传感器的研究

提出一种基于非色散性红外检测技术的非毒化红外瓦斯传感器。它利用瓦斯气体对某一特定波长红外光吸收性能与瓦斯浓度之间存在的确定关系,通过测定特定波长红外光被吸收的程度反映瓦斯浓度值的原理进行工作。详细介绍了红外吸收气体检测原理、脉动光源与热电探测器信号的关系,给出了瓦斯浓度的实用测量算法及传感器系统的软硬件设计方案。具有标定周期长、测量精度高、不受其他气体影响和不会产生催化中毒等特点。     

红外多气体传感器设计

针对甲烷、二氧化碳和一氧化碳三种气体的同时检测,设计出一种红外多气体传感器.该传感器将探测器和红外光源集成在光学气室内.在对气室进行设计时,首先确定气室高度为25 mm,随后通过计算和软件仿真分析确定气室的半径为10 mm.设计完成外围电路并对传感器进行测试,结果显示:对甲烷、一氧化碳和二氧化碳的检测范围可达到(0~40 000)×10-6.     

红外甲烷传感器光学气室设计

介绍了红外甲烷传感器光学气室结构设计原则,推导出该光学气室的最优光程长度为60mm,通过测试得到该光学气室直径为10～30mm时红外甲烷传感器的响应速度较快,从而确定该气室直径为20mm;采用RCS2000(A)自动配气系统对基于该光学气室的红外甲烷传感器进行了实验测试,结果表明,该光学气室具有一定的可行性和较高的灵敏度。     

Polyaniline–TiO2 nano-composite-based trimethylamine QCM sensor and its thermal behavior studies

Inorganic/organic composites are very attractive due to synergetic behavior and a wide range of potential use. A polyaniline–TiO₂ nano-composite, obtained by combination of chemical polymerization and a sol–gel method, was deposited on the electrode of quartz crystal to implement a quartz crystal microbalance (QCM) chemical sensor. The morphology of the composite film was studied by scanning electron microscopy (SEM) measurements. The coated quartz crystal and a non-coated quartz crystal were mounted in a sealed chamber, and their frequency difference was monitored. When analyte vapor was injected into the chamber, gas absorption decreased the frequency of the coated quartz crystal and thereby caused an increase of the frequency difference between the two crystals. The frequency difference change response towards trimethylamine was evident and could be recovered by N₂ purgation easily. The calibration curve towards trimethylamine, its long-term stability and selectivity were investigated. The thermal behavior of the sensing characteristics was compared with that of a polyaniline QCM sensor. Fourier transform infrared (FTIR) spectra of polyaniline and polyaniline–TiO₂ nano-composite and QCM data under various conditions were used to study the effect of thermal treatment.     

Hermeticity Evaluation of Polymer-Sealed MEMS Packages by Gas Diffusion Analysis

A gas transport mechanism is studied to characterize the hermetic behavior of polymer-sealed microelectromechanical systems packages. Diffusion-based governing equations, which are fundamentally different from the conduction-based governing equations used for metallic seals, are proposed to predict a change in cavity pressure. An effective numerical scheme is developed to implement the governing equations. The validity of the governing equations is corroborated by the optical leak test. The verified gas diffusion model is utilized to investigate the effect of the diffusion properties and geometries of polymeric seals on the gas leak behavior. $hfill$[2008-0264]      

红外低硫传感器信噪比改善方法研究

低硫的红外探测是一个非常重要的研究领域,但由于红外硫的吸收峰在一个特殊的波段,与人体红外波段重合,所以国外的先进技术大都对中国封锁,而国内的低硫传感器存在交叉吸收误差,检出限不够、检测精度低等缺陷;文章以煤中硫元素的测试为基础,研究采用了电调制热释电红外传感器在测量硫元素过程中存在的以上问题,主要开展了探测器稳定性、恒温测试、气室噪声、滤波等改善传感器信噪比的相关改进设计和实验,并提出了优化的方案,优化后经过实验测试,整个测试系统的信噪比提升近50%,检出限从原来的100 ppm提升到近10 ppm;低硫测量平均值为0.382%,SD为0.006%,RSD为1.2%,瓶内RSD为0.9%;达到了低硫的高精密测试。     

新型矿用智能红外吸收瓦斯传感器的研究

针对传统矿用瓦斯传感器的缺点,文章设计了一种基于红外光谱吸收原理的新型瓦斯传感器,介绍了红外吸收检测原理,阐述了红外吸收瓦斯传感器的组成,并给出了瓦斯浓度值的标定和计算方法。实验结果表明,由红外吸收瓦斯传感器测量的浓度值与实际值之间的误差达到了煤安验证的要求。     

基于红外光谱的煤矿新型瓦斯传感器的设计

利用E2V公司的IR22GJ红外瓦斯检测模块及CC2430芯片设计了煤矿新型红外瓦斯传感器电路。结合井下气体测量环境和红外光的瓦斯传感器测量原理,利用单片机的外围电路和硬件架构、C语言及汇编语言编写系统程序,研究设计了红外瓦斯传感器系统。最后搭建了气体测量环境,完成了红外吸收型瓦斯浓度检测系统的实验及测试。