催化燃烧型甲烷传感器恒温检测桥路的研究

催化燃烧型甲烷传感器的激活是传感器使用的关键问题。文章验证了催化燃烧原理,并分析了甲烷传感器的二值性问题。针对激活和二值性问题,设计了基于脉冲式恒温供电技术和闭环反馈系统的恒温检测桥路。通过实验取得了良好的效果。     

催化燃烧型甲烷传感器的研究

在分析传统催化燃烧型甲烷传感器的基础上，实验验证了催化燃烧原理，并设计了基于脉冲式恒温供电技术和闭环反馈系统的恒温检测桥路。通过实验得到了良好的效果。     

催化燃烧型甲烷传感器的研究

在分析传统催化燃烧型甲烷传感器的基础上,实验验证了催化燃烧原理,并设计了基于脉冲式恒温供电技术和闭环反馈系统的恒温检测桥路。通过实验得到了良好的效果。     

低功耗甲烷传感器研究进展

针对分布式无线甲烷传感器需功耗低、微型化、响应时间短、可靠性高、安全性好的要求,介绍了基于微机械电子系统技术和纳米材料的低功耗催化燃烧式、热导式、电导式甲烷传感器的工作原理和研究进展,分析了它们的优缺点,展望了低功耗甲烷传感器的发展方向和前景。(1)低功耗催化燃烧式甲烷传感器可测量低浓度甲烷,然而易中毒,稳定性不高,由于工作温度较高,低功耗催化燃烧式甲烷传感器的功耗一般较高,通过采用脉冲方式运行,传感器平均功耗可降低至2mW以下;然而其稳定性不高,未来的研究方向是改进封装工艺或者催化材料,以增强其抗毒化的能力,同时需结合人工智能和机器学习等先进算法研究免人工校准的低功耗催化燃烧式甲烷传感器。(2)低功耗热导式甲烷传感器具有全量程测量甲烷的能力,可同时测量低浓度和高浓度甲烷,在矿井中可以稳定运行,且对煤矿井下环境的适应力强,具有分布式无线甲烷传感器应用前景;未来的发展方向是改进电路模组,实现睡眠-唤醒运行模式,同时研究传感器元件和外围电路的集成技术,以实现片上集成式热导式甲烷传感系统,降低整体运行功耗。(3)低功耗电导式甲烷传感器分为室温型和微加热板型,室温型电导式甲烷传感器功耗较低,但响应时间较长;微加热板型电导式甲烷传感器功耗相对低,结合特定的纳米材料,可以在较低工作温度下实现对甲烷的响应,具有低浓度甲烷监测应用前景,但微加热板电导式甲烷传感器一般对环境湿度很敏感,基线易偏移,敏感材料对电极的粘附力差,器件重复性和可靠性均较差,需要进一步改进敏感材料和封装工艺;应用磁控溅射方法将半导体氧化物敏感材料沉积到电极上可提高材料的粘附力,从而提高器件的重复性和可靠性,同时需结合算法纠正基线偏移,保证微加热板型电导式传感器的稳定运行。(4)从整个传感系统角度看,传感元件外围电路的功耗有时甚至高于传感元件本身,未来的方向是研究片上集成式甲烷传感器,可大大降低外围电路功耗,形成极低功耗甲烷传感器。(5)需要研究先进的传感器自校准算法,实现分布式无线低功耗甲烷传感器免人工标校或自校准。     

基于CatBoost算法的多传感器信息融合可燃气体燃爆状态监测系统

设计了基于CatBoost算法的多传感器信息融合可燃气体燃爆状态监测系统，其中甲烷采集使用响应更快的催化燃烧传感器和测量范围更大的红外甲烷传感器进行配合采集，使其能在高浓度气体环境中快速检测甲烷浓度。首先将获取的传感器数据通过梯度提升树算法筛选出最能表征燃爆状态的特征；然后使用SMOTEENN算法对特征集进行类不平衡处理；最后通过CatBoost算法对数据进行分类训练得到预测模型。该模型对可燃气体燃爆状态的分类具有较高的准确率。     

微纳甲烷传感技术的研究

针对矿山物联网发展对甲烷传感器低功耗、微型化、低成本的设计要求,对一种基于微纳米技术的载体催化燃烧式甲烷传感器展开研究,着重介绍了该种甲烷传感器的微加热器及低维甲烷传感方面的研究现状及相应成果,并介绍了一种新型金属-绝缘体-金属结构的金属氧化物半导体甲烷传感器。该种甲烷传感器具有功耗低、体积小等特点,符合矿山物联网的发展需求。     

恒温检测方法在检测混合气体中的应用

根据催化燃烧气体传感器的敏感机理,讨论了催化燃烧气体传感器检测电桥在恒压源供电情况下的输出与补偿元件和敏感元件电阻变化之间的关系;应用补偿元件和敏感元件的电阻与其工作温度变化的关系及热平衡方程,推导出了催化燃烧气体传感器输出与被测气体浓度之间的关系,且得出催化燃烧气体传感器的输出是线性的;提出了采用n个催化燃烧气体传感器分别工作在不同温度下,根据每个传感器的输出计算出由n种气体组成的混合气体中的各组分浓度的方法。试验结果表明,应用该方法检测混合气体各组分浓度时,最大检测相对误差小于10%,且相对误差与浓度没有严格的依赖关系。     

MEMS低功耗催化甲烷传感器脉冲供电研究

针对传统催化甲烷传感器功耗高的问题,在分析微型机电系统(MEMS)低功耗催化甲烷元件性能的基础上,提出脉冲供电工作方式。通过输出稳定性测试和灵敏度测试确定脉冲供电具体占空比,并对恒压供电和脉冲供电下元件的线性特性、零点温度特性、灵敏度特性、零点漂移及灵敏度漂移进行了测试。结果表明,脉冲供电工作方式不仅可极大地降低MEMS催化甲烷传感器的功耗,而且在零点漂移和灵敏度方面拥有更加优异的性能。     

热燃烧式瓦斯传感器催化剂失活机理研究

热燃烧式催化瓦斯传感器是煤矿矿井瓦斯监控系统的核心部件,用于检测瓦斯体积分数,实现风电闭锁功能。由于矿井环境条件恶劣,常常使瓦斯传感器表现出稳定性能差,校准期短等缺点,一直是困扰热燃烧式催化瓦斯传感器应用的难题。通过研究热燃烧式催化瓦斯传感器的失活模式及响应分析,重点探讨了铂催化剂失活的3种机理:烧结、结焦、中毒,建立了催化剂失活速率方程,提出了添加Pt-Pd复合催化剂的方法来改善催化剂失活,改进后,传感器的稳定性得到了明显提高。     

基于LoRa的低功耗瓦斯浓度分布式监测系统设计

针对催化燃烧式甲烷传感器功耗较高及有线瓦斯浓度监测系统安装成本高、扩展性和灵活性差、维护工作量大等问题,设计了基于LoRa的低功耗瓦斯浓度分布式监测系统,详细介绍了瓦斯浓度采集节点与LoRa智能网关的软硬件设计。瓦斯浓度采集节点采用STM32L151超低功耗系列处理器,通过电源管理模块将系统电源分为可控的3个部分,并通过功耗控制策略降低功耗:(1)单片机核心系统采用低功耗模式;(2) MJC4/2.8J甲烷检测用载体催化元件采用动态通电方式,以降低平均电流;(3)采集节点中除单片机核心系统外的其他模块按需供电。LoRa智能网关利用嵌入式实时操作系统μC/OS-II进行任务调度,使网关性能达到最优,提高CPU的利用率。测试结果表明,瓦斯浓度采集节点具有较好的数据传输性能,功耗控制策略可有效降低采集节点的平均电流,从而延长电池使用时间,降低系统维护工作量。     

催化燃烧式瓦斯传感器技术研究进展

首先分析了催化燃烧式瓦斯传感器的工作原理,然后综述了催化燃烧式瓦斯传感器的标定与补偿技术现状,最后指出,综合考虑催化燃烧式瓦斯传感器的稳定性和一致性,探索研究在初始不一致和工作过程不稳定的双重作用下,传感器数据的变化规律,通过智能信息处理的方法予以动态补偿,将是下一步需要研究的主要方向。     

催化燃烧式瓦斯传感器技术研究进展

首先分析了催化燃烧式瓦斯传感器的工作原理,然后综述了催化燃烧式瓦斯传感器的标定与补偿技术现状,最后指出,综合考虑催化燃烧式瓦斯传感器的稳定性和一致性,探索研究在初始不一致和工作过程不稳定的双重作用下,传感器数据的变化规律,通过智能信息处理的方法予以动态补偿,将是下一步需要研究的主要方向。     

瓦斯传感器稳态工作方程与线性补偿模拟

从甲烷检测及催化元件工作的基本原理出发，依据甲烷反应的物料衡算、热量衡算及反应动力学特性，结合实验，推导出了矿井甲烷检测中甲烷传感器所遵循的线性补偿方程。为检测仪的线性设计与调整提供可遵循的规律。     

基于MEMS技术的气体传感器

综述了目前国内外主要MEMS气体传感器的原理,包括谐振式微悬臂梁型、声表面波型、阻抗变化型、声光法、气体光谱、催化燃烧式和高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS)检测法。对各种传感器的特点进行了比较。     

矿井CO浓度的支持向量机数据融合检测方法

针对检测矿井一氧化碳（CO）含量时,电化学传感器输出受到矿井大气中甲烷气体影响的问题,提出了一种基于支持向量机（SVM）数据融合的CO浓度检测方法。该方法将催化传感器与电化学传感器构成传感器对,利用能够从全局意义上逼近任意非线性关系的支持向量机对传感器对的输出信号进行非线性数据融合,构建了矿井一氧化碳浓度检测模型。实验结果表明,该方法的平均绝对百分比误差为0.88%,均方根误差为1.32 ppm,有效地消除了甲烷对CO电化学传感器的影响,实现了矿井CO浓度的精确检测。     

《煤矿安全规程》传感器设置修订意见

提出增设用于煤(岩)与瓦斯突出报警的风向、风速和进风巷甲烷传感器,煤(岩)与瓦斯突出矿井应采用全量程甲烷传感器或高低浓甲烷传感器。提出采煤工作面上隅角应设置甲烷传感器。提出自移式液压支架、刨煤机、锚杆钻车、连续采煤机、梭车等应设置甲烷传感器。提出采掘工作面应设置粉尘传感器;压风机应设置温度传感器。提出严禁在回风流中设置机电硐室。提出高瓦斯矿井严禁使用架线电机车;严禁在煤(岩)与瓦斯突出矿井的回风巷道内使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车和矿用防爆型柴油机车;矿用防爆型柴油机车必须设置车载式甲烷控制器或便携式甲烷检测报警仪。明确了一氧化碳报警浓度0.0024%CO是影响健康的报警浓度,采空区火灾报警应采用一氧化碳浓度变化等。     

气敏传感器用催化剂的制造方法

用由来已久传统的制造方法制成的接触燃烧式气敏传感器对甲烷气体(城市煤气)的输出太低，迫切期待改良。     

均匀沉淀法制备高性能催化燃烧式甲烷传感器

为了提高催化燃烧式甲烷传感器的性能,以介孔SBA- 15作为载体,采用均匀沉淀法制备具有不同Pd担载量的敏感材料.通过XRD和氮气吸脱附表征材料的组成及结构,并以该材料构筑敏感元件,研究其气敏特性.与传统浸渍法合成的Pd/γ-Al2 O3相比,Pd/SBA-15对于甲烷具有更加出色的敏感特性,这主要源于其高比表面积、小...     

自动吸附型复合式气体传感器

自动吸附型复合式气体传感器日本理研计器公司推出的自动吸附型复合式气体传感器系采用接触燃烧式、隔膜伽伐尼电池式及其他管式气敏元件构成的装置，该传感器可同时检测三种不同气体（ＣＨ４、Ｏ２、ＣＯ）。其技术性能分别与单功能产品相同。装置内部装有微处理机，具有...     

新型酶-微生物混合型传感器的研究

为了检测瓦斯中甲烷气体的浓度.在甲烷生物传感器基础上,利用甲烷单加氧酶在氧气中的催化特性,制备成固定化酶膜与甲烷氧化的微生物固定化层一起装在氧电极上,使传感器中催化剂的性能更好.分析了这种酶-微生物混合型传感器的工作原理、组成结构及微生物的固定方法.并通过实验证明这种传感器响应迅速,稳定性、重复性和精度较之传统的生物传感器有所提高.