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。     

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%。     

温度补偿型双通道甲烷测试仪的设计

利用单片机与双通道热释电探测器设计了一款手持式甲烷测试仪,具有浓度测试和报警功能;该测试仪以C8051F020单片机作为微处理单元,减小了仪器的体积和功耗,利用PYS3228探测器的双通道对比功能大大提高了测量精度;采用RBF神经网络法对结果进行温度补偿,增强了其环境适应性;经测试,该仪器分辨率可达到0.05%VOL,适用于矿井下甲烷浓度的测试和报警。     

基于红外光谱的瓦斯传感器研究

介绍了一种基于红外光谱原理的瓦斯传感器的设计方法。运用了分子辐射吸收理论来检测瓦斯的红外技术。以STC12C5410AD单片机为核心,利用红外热释电探测器将光信号转换为电信号,通过放大电路将微弱信号放大、滤波、A/D转换、单片机进行数据处理,最终实现瓦斯浓度显示及浓度超标时进行声光报警等功能。     

基于ATmega16的红外微波双鉴GSM报警器

随着当前人们对家居、小区及企业等防盗防入侵需求的日益提高,安防报警系统得到广泛应用。超声波探测器、热释电红外探测器、微波探测器等这些单一技术的报警探测器都会受到环境干扰而影响探测性能,导致增加了误报率。本文介绍的热释电红外微波复合的探测器把微波和红外感应探测技术运用在一体,相互弥补了这两种感应探测技术的不足,提高了实际探测的可信度并减少了误报率。现今,手机已经成为人们随身携带的通讯工具,基于此,本项目设计了一种应用热释电红外微波复合的探测器和应用GSM模块与手机通信的基于ATmega16的低成本高效安防报警系统。     

基于频移干涉光纤腔衰荡技术的甲烷传感系统

煤矿事故严重威胁人们的生命和财产安全,瓦斯作为煤矿事故的罪魁祸首,其主要成分是甲烷。因此,选择一种性能优良并且能够实时探测甲烷浓度的气体传感器对安全生产和检测大气环境是十分有意义的。在众多气体传感器中,光纤气体传感器由于容量大、损耗小、体积小、抗腐蚀、抗干扰能力强等优势受到学者和仪器制造商的青睐。本文对比了几种光纤气体传感器,基于光谱吸收技术的光纤气体传感器体积小、成本低、功耗小,其使用最为广泛。在光谱吸收技术的基础上,发展了一种高灵敏度的探测技术,腔衰荡CRD(Cavity Ring-Down)技术。相比于普通的光谱吸收技术,其吸收光程长,灵敏度高出3个～4个数量级,并且对光源强度稳定性要求不高。但是,为了有效、实时地探测到衰荡信号,该技术对探测器的速度要求极高。本文研究的频移干涉腔衰荡FSI-CRD(Frequency-Shifted Interferometry Cavity Ring-Down)技术,通过将腔衰荡技术结合频移干涉技术,构建了频移干涉腔衰荡甲烷传感系统,实现了衰荡信号从时间域到频域的转换,降低了对探测设备的要求,并通过实验验证了该系统可以用于甲烷气体浓度的测量。     

基于NDIR原理的多组分气体在线监测系统的设计与实现

传统电化学法可燃及有毒有害气体报警传感器应用于城市下水道管网、公厕、小区的化粪池等场合。由于设备经常处于高温高湿环境,传感器的敏感元经常存在快速劣化现象,设备稳定使用周期急剧缩短,为用户带来大量的系统维护和耗材成本的问题。设计并实现采用热释电材料传感器,基于非分散红外光谱吸收原理的多组分气体监测报警系统。实验结果表明,该系统以较低的综合使用成本完全实现了传统电化学传感器的替代,适合市政、化工、石油等可燃及有毒有害气体监测的场合使用。     

基于兰姆波谐振器和超表面的谐振式热红外探测器研究

设计了一种基于氮化铝(AlN)兰姆波谐振器和超表面的谐振式热红外探测器,基于超表面的吸收器用于对特定波长红外辐射的吸收,再利用AlN兰姆波谐振器的温度频率效应检测红外辐射。首先,对兰姆波谐振器的电极周期、电极宽度、AlN薄膜厚度和支撑轴尺寸进行优化设计,设计了电极周期分别为12μm和1.2μm的谐振器结构,其工作频率分别为365 MHz和2 544 MHz。其次,设计了方形结构超表面的等离子体吸收器,并研究分析其红外吸收机理及结构尺寸对吸收性能的影响规律。通过集成超表面红外吸收器并调节吸收结构尺寸,实现可调谐、近100%的双带吸收性能,在3μm～5μm和8μm～12μm处的吸收率均超过99.5%,谐振式热红外探测器的响应时间低于0.8 ms、热噪声等效功率低于10^-11 Hz/μW。     

基于改进PSO算法的SVM在甲烷测量中的应用

针对甲烷气体定量分析过程中,传统SVM模型预测精度低、收敛速度慢等问题,提出了一种基于改进PSO算法的SVM回归模型.该模型在传统PSO算法寻优的基础上,引入动量项的同时增加随机粒子个体极值的追随因子,使粒子不仅追随全局最优解和局部最优解,还跟随种群中任一粒子的个体极值,使得寻优算法后期收敛速度较快,不易陷入局部最小值.实验中,对0~5.05%浓度的25组标准甲烷样气进行建模分析,并与传统PSO算法寻优模型和Grid搜索法寻优模型进行对比.结果表明,采用改进PSO算法建立的SVM回归模型均方根误差小,收敛速度快.     

基于非分散红外光谱原理的无线式火灾早期报警系统设计与实现

针对高大或者开放空间等无法采用外部供电的木质古建筑,设计并实现采用热释电材料传感器,基于非分散红外光谱原理和无线传感网技术的远程分布式火灾监测报警系统。实验结果表明,该系统实现电池供电的低功耗无线火灾探测网络,易于布置,施工简单,可以非常方便地扩大监测规模。实现对碳氢化合物类物质燃烧的火灾早期探测,准确度高,误报率低,适合传统消防探测手段无效,或者无法外部供电等的特殊场合使用。     

基于VB6.0的红外甲烷检测仪串行通信的实现

针对煤矿安全生产中存在的瓦斯爆炸问题,该文以MSP430系列单片机为核心,设计了红外甲烷检测仪.其中着重介绍了检测仪的串行通信,编写了串行通信程序,使检测仪能实现与PC机的数据通信功能,并使用VB6.0编写了人机交互界面,以方便用户及时观察和处理数据,实现对检测仪的校准、复位和阈值设置等操作功能.实验结果表明,编写的串行通信程序能实现检测仪与PC的数据通信功能,检测仪能快速、准确地检测出甲烷气体的浓度,具有较高的实用价值.     

基于ARM Cortex-M3的便携式智能瓦检仪的设计

为了测量煤矿井下瓦斯浓度以提高煤矿安全系数,利用新型的ARM Cortex-M3内核高性能、低功耗和低成本的特点,结合红外技术研究设计出一款便携式小型瓦斯检测仪;ARM Cortex-M3内核简化了硬件电路的设计和开发环境,优化了软件编程;红外技术的应用使得该仪表可供煤矿井下工作人员随身携带,使用方便;该仪表能够实现瓦斯含量实时检测和报警,具有测量精度高、实时性好、速度快、操作简单和性价比高等优点,使得矿井环境更加安全可靠;文章详细介绍了瓦检仪系统的组成、工作原理以及软硬件设计.     

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。     

基于MSP430的便携式一氧化碳检测仪的设计

文章介绍了一种便携式一氧化碳检测仪的设计方法,详细阐明了红外气体检测原理、系统硬软件设计与实现方法。该检测仪充分利用了MSP430单片机的硬件资源,具有低功耗和测量快速精确等优点。     

基于TSPSO支持向量机红外甲烷传感器动态补偿

摘 要：针对红外甲烷传感器在矿井下使用易受周围恶劣环境因素影响的问题,提出了一种动态感知的双子群粒子群-支持向量机(TSPSO- -SVM)补偿算法对其进行动态补偿。TSPSO算法同时优化非目标环境变量和SVM参数,其寻优精度高、收敛速度快,并在此基础上建立了综合补偿数学模型。实验表明,该补偿算法回归拟合效果好,模型的测量精度高于一般的粒子群最小二乘支持向量机(PSO-LSSVM)模型。     

基于相关滤波技术的SO2气体浓度监测系统设计

介绍一种基于相关滤波技术的非分散红外SO2气体浓度测量方法.该方法是在相关运算原理和SO2红外吸收特性基础上,结合相关检测和气体滤波技术,有效解决了近年来空气中SO2污染严重且在非分散红外SO2检测系统中噪声干扰大的问题,实现了对微弱光信号的调制和检测,并实现了新型SO2浓度监测仪的设计.试验表明,系统有10(-6)的检测灵敏度.