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%。     

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。     

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.     

基于中红外QCL的痕量CO气体传感器

为了减少CO爆炸给国民经济造成的巨大损伤,提出了一种能够快速地监测环境空气中痕量CO的气体传感器。由于CO分子基频吸收谱带的吸收线强要比泛频带和组合频带的吸收线强高出2～3个数量级,选择激射中心波长为4.65μm中红外量子级联激光器（QCL）作为光源,同时再配合长光程Herriott气室提高了CO体积分数检测下限。同时,该传感器采用单光源双探测器差分光学结构,消除了电调制光源所带来的不稳定性。实验表明：该传感器CO体积分数检测下限为2×10-6,并且操作人员可以通过替换在不同波长下运行的中红外QCL来测量其它气体。     

红外CH_4检测仪的设计

设计了一种应用红外吸收光谱原理的红外CH4气体检测仪。该检测仪用红外热释电传感器作为敏感元件,以C8051F040单片机作为智能控制单元,实现了CH4体积分数的准确测量。介绍了气室的结构设计、微弱信号的放大和数据采集的设计。通过实验数据分析,该气体检测仪具有测量精度高、稳定性好、低功耗等优点,满足了实际情况的需要。     

非分光红外的甲烷传感器设计

介绍了国内常用的甲烷传感器及其优缺点,在此基础上设计了一种基于非分光红外法(NDIR)原理的甲烷气体传感器.针对红外探测器输出的特性设计了微弱信号放大电路,使用AD8552对红外热探测器输出的微弱信号进行放大,AD7190对滤波放大后的信号进行采样转换,采用软硬件相结合的方法来减少噪声干扰的影响.通过对不同浓度范围的标准甲烷气体进行实验测量,拟合得到探测器输出的电压差值之比和气体浓度之间的关系.根据得到的曲线和数据分析选择分段插值的浓度计算方法,实现了对甲烷气体进行实时测量的功能.给出该传感器在甲烷体积分数为0％～5.05％的测量结果.     

测量甲烷体积分数的高灵敏度光纤传感器研究

基于气体的红外吸收原理,研究了一种能在复杂环境下测量甲烷气体体积分数的新方法.这种方法可以有效地减小由于光源的不稳定、环境的变化而引起的测量误差.在这种测量方法中设计了一条参考测量光路,此参考测量光路和测量光路同时随环境的变化而变化,通过对待测量气体光路与参考气体测量光路作对比而得出较为准确的待测甲烷气体体积分数.     

基于红外光学原理的便携式甲烷报警仪

提出了基于红外光学原理的便携式甲烷报警仪的设计方案,详细介绍了报警仪的硬件电路设计、软件设计、光学气室结构、外形结构设计及标定技术。该报警仪采用红外光源、高精度干涉滤光片一体化热释电探测器和单光束双波长技术,配合镀金膜气室实现对CH4等气体的实时检测,具有不易老化、响应快、灵敏度好、性能稳定、抗干扰能力强等优点。     

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。     

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。     

非共振光声CO_2气体检测系统

非共振光声红外气体检测系统结构简单、成本低,有很好的应用前景。设计和制备了基于MEMS电调制光源、驻极体麦克风和单腔室及双腔室非共振光声探测器的气体检测系统。根据系统的频率响应特性选择了最佳的光源调制频率,并对不同体积分数的CO2气体进行了测试。相对于传统的单腔室结构,设计的双腔室结构有效提高了系统的响应信号幅值,并降低了气体检测限,单腔室系统的检测限约为7.2×10-6,双腔室系统的检测限约为2.1×10-6。     

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。     

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.     

MEMS红外光源及应用

针对传统红外光源需要另加调制部件,使得传感体系价高和笨重的不足,利用微电子工艺研制了一种用于便携式非扩散红外气体传感器的电调制红外光源,并对其辐射特性进行了测试。将光源应用于自行搭建的小型红外吸收气体传感系统中,对不同气体体积分数的CO2和SO2气体进行探测,测量精度分别达到20×10-6和50×10-6气体体积分数。重复测量偏差在10%之内,且光源辐射性能稳定,可用于多组分气体探测。