具有温度及压力补偿的矿用红外甲烷传感器设计

针对现有红外甲烷传感器因受温度、压力影响而采取硬件补偿方式后存在测量精度和可靠性降低的问题,提出了一种具有温度及压力补偿功能的矿用红外甲烷传感器设计方案,详细介绍了该传感器的软硬件设计,给出了温度、压力的补偿方法,即在数据处理上增加了环境温度及压力补偿功能。测试结果表明,该传感器具有测量精确度高、稳定性好、环境适应能力强等优点。     

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.     

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。     

柔性压力传感阵列弯曲应变与温变联合补偿方法

围绕柔性压力传感器阵列在弯曲且温度变化的物体表面进行压力测量时会表现出复杂的压力特性,提出了基于深度相机与红外相机的传感器联合补偿装置,介绍了联合补偿装置获取各传感单元补偿参考量与计算真实压力值的方法。采用COMSOL软件对柔性压力传感器阵列进行仿真建模,搭建了各传感单元弯曲应变量各不相同的仿真场景,生成了弯曲应变与温变联合补偿模型的样本集。构建了基于BP神经网络的柔性压力传感器阵列弯曲应变与温变联合补偿模型,经计算验证,压力补偿值与真实值之间的相对误差百分比控制在0.4%以内,补偿效果明显,满足了各传感单元弯曲应变情况不同需要实现精准补偿的需求,对于柔性压力传感器阵列的实际应用具有借鉴作用。     

基于不分光红外法的汽车尾气检测传感器的设计

为实现对汽车尾气中CO、CO2、HC化合物的测量,提出了一种新型汽车尾气检测传感器的设计方案。该方案根据不分光红外法（NDIR）检测原理,讨论了汽车尾气检测传感器的整体结构和软硬件的实现方法;传感器采用新型的红外光源和四通道红外探测器,可以同时测量汽车尾气中CO、CO2、HC化合物的浓度;采用双进双出的圆柱形气室结构,可以提高系统的检测灵敏度和测量精度。实验结果表明,传感器的相对误差在±3%之内,具有良好的精度和稳定性,能够满足汽车尾气浓度测量分析的需求。     

高稳定性红外吸收式CO2传感器

提出了一种具有高稳定性的红外吸收式CO2传感器,针对长时间运行、无法定期校准的实际应用特点,着重从提高传感器长期稳定性方面进行研究.该传感器利用高精密机械加工和高精度温度补偿等技术提高红外CO2传感器稳定性,经过1 000h的实验,测试结果表明,传感器在不需要开机自校准的情况下,输出电压稳定在±1.53％FS.从而实现了传感器精度高、可靠性高、长期稳定性好的特点.     

高温环境下压力传感器的温度补偿方法研究

在高温环境下,压力传感器及其周边电路的特性会发生变化,导致压力测量的结果误差较大。一套实际工程系统中的压力测量模块在150℃时的测量误差达到3%以上,不能满足工程需求。该文分析了压力传感器的温度补偿原理,提出了三种补偿算法,并一一进行了实验验证。其中二阶抛物线插值法可将测量精度提高到0.02%,很好地满足了实际工程的需求。     

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。     

基于红外技术的全量程CO_2传感器设计

针对工业燃煤废气中CO_2浓度高的特点,设计了一种具有温度和压力补偿的、基于非色散红外检测技术的全量程CO_2传感器。详细介绍了电压转换电路、遥控及显示电路、红外CO_2元件电路、压力补偿电路、电流输出电路这五部分硬件电路以及传感器的软件流程。试验结果表明,该传感器具有测量范围宽、精度高、稳定可靠、受环境温度及压力影响小等特点。     

A new modulation technique and compensation algorithm for mainstream CO2 capnography

Carbon dioxide, as a metabolic product of human, is correlated with a patient’s perfusion and ventilation. In medicine, the end-tidal carbon dioxide partial pressure refers to the measurement of exhaled carbon dioxide, and end-tidal carbon dioxide partial pressure monitoring has become an important tool in clinical monitoring. However, there are some aspects needed to be improved. So, the low-frequency modulation is used to reliably acquire the respiration information. The measurement method is improved based on the Lambert–Beer Law. Also, we compensate the initial absorbance because of the light absorbance of the sensor at different wavelengths. The influence of the temperature change is analyzed on the measurement. All of these methods make the end-tidal carbon dioxide partial pressure accurate and convenient.     

A MEMS-based low pressure, light gas density and binary concentration sensor

A new MEMS-based density and binary gas concentration sensor is discussed. The micromachined sensor is made using a resonating silicon tube. Gas density and concentration test data over pressure for air, hydrogen, nitrogen, argon, methane, carbon dioxide, sulfur hexafluoride and gas mixtures are presented. The measurement of the density low pressure (101-400 kPa) hydrogen is demonstrated. Coupling binary gas concentration and density measurements of low pressure, light gases like hydrogen and methane opens up new sensing applications like fuel cells, energy management, chemical and semiconductor processing.     

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。     

Continuous monitoring of gastric carbon dioxide with optical fibres

An optical fibre sensor for the continuous monitoring of gastric carbon dioxide is described, based on the utilisation of a sensing layer, in which the colour of the layer is dependent on the CO₂ concentration. The CO₂-sensitive layer consists basically of a dye/quaternary ammonium ion pair, dissolved in a thin layer of ethylcellulose. The sensor was thoroughly characterised in laboratory and its performances were compared with those of Tonocap, the instrument based on gastric tonometry, which is the present method for detecting partial pressure of gastric carbon dioxide. Its measurement range, 0–150 h Pa, its accuracy, ±2.5 h Pa, and its response time, less than 1 min, were capable of satisfying the physicians’ requirements for clinical application. The clinical tests, carried out on volunteers and on intensive care patients, showed that the developed sensor is definitely superior to the sensor that is at present available on the market: thanks to its short response time, the optical fibre sensor is able to detect rapid changes in pCO₂, currently unknown because of the lack of a tool with which to measure them.     

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.     

基于WSN的二氧化碳传感器节点设计与实现

研究了ZigBee技术及JN5139CPU混合信号控制器,从无线传感器网络的基本单元出发,采用红外CO2传感器采集数据,设计了基于JN5139CPU模块的具有全功能设备(FFD)的灵活多变、性能优越的二氧化碳传感器节点。为无线传感器网络的深入研究提供了一个良好的硬件平台。系统具有较高的精度,实用性强,成本低,功耗小,应用前景良好。     

基于LSSVM实现CO2转化率的软测量建模

将最小二乘支持向量机LSSVM用于中压联尿尿素生产中CO2转化率的软测量建模,并与BPNN、RBFNN模型进行比较,研究表明,最小二乘支持向量机建模快速、准确,泛化性能好。将该模型用于生产试验,预测结果与事后分析值的均方误差MSE〈0．006,最大绝对误差为0．2801,相对误差绝对值在0．1％以内的约占90％,最大相对误差绝对值仅为0.42％,模型表现稳定,效果令人满意。     

A mid-infrared optical fibre sensor for the detection of carbon monoxide exhaust emissions

An optical fibre presented is capable of monitoring the presence of carbon dioxide and carbon monoxide in the exhaust system of petrol engines. At present there exists no commercial sensor, which is capable of providing online measurements of these exhaust gases as required by European legislation. The design of this sensor using low cost and compact mid-infrared components, which make it suitable for insertion into a vehicle, is presented. Results are presented for 200 ppm step changes in concentration of carbon monoxide supplied from a laboratory controlled supply is presented.     

Solubility of CO2 in aqueous ammonia solution at low temperature

The solubility of carbon dioxide in aqueous ammonia solution with concentrations of 1.13, 2.18, 3.83, 6, and 8.11 molal was measured at atmospheric pressure and a range of temperatures from 268.15 to 288.15 K. The results showed that the solubility of carbon dioxide in ammonia aqueous solution increased with increasing temperature. The UNIQUAC-NRF model is applied to the experimental data for the present work. This modified model is used to calculate carbon dioxide solubility in aqueous ammonia solution at a range of temperatures from 268.15 to 288.15 K and atmospheric pressure. The results of AAD% (Absolute Average Deviation) show that the UNIQUAC-NRF model can accurately correlate the solubility of experimental data of carbon dioxide in aqueous ammonia solution over a wide range of low temperatures.     

聚苯胺-多壁碳纳米管薄膜SAW NO2传感器

将聚苯胺-多壁碳纳米管聚合物沉积于声表面波(SAW)气体传感器的敏感区,形成敏感薄膜,实现了室温下对不同体积分数NO2的检测.研究表明:这种传感器具有很高的敏感性,良好的重复性和低体积分数检测极限.同时,单一聚苯胺薄膜也做了对比测量,实验结果表明:聚苯胺-多壁碳纳米管聚合物敏感膜比单一聚苯胺薄膜具有更高的敏感性和更短的...