基于模拟前端的红外二氧化碳气体浓度检测系统

在分析非分光红外气体浓度检测方法的基础上,将传感器模拟前端(AFE)和新型NDIR传感器应用于非分光红外二氧化碳气体浓度检测系统中,相比于传统检测系统,该系统具有精度高、体积小、功耗低和响应迅速等特点。     

非分光红外CO2数字传感器设计与实现

针对市面上非分光红外CO2数字传感器在小型化、数字化、模块化和国产化等方面发展不尽人意。基于不同气体分子的红外光谱吸收特性,利用郎伯-比尔红外吸收定律,运用电子学、机械学和光学等多门学科,对非分光红外CO2数字传感器设计与实现。整体方案设计主要内容包括光源选择、探测器选择、光学气室设计、硬件电路设计、软件设计。通过实验检测,测量结果完全达到设计要求的精度不低于±100ppm、测量范围10ppm~4700ppm。结果表明,仪器测量范围广、精度高、预热启动时间短、成本低和模块化。     

我国非分光红外气体传感器相关研究有突破

据《传感器世界》报道,我国在非分光红外(NDIR)气体传感器技术研究方面取得了新进展。由武汉四方光电科技有限公司所承担的这个研究项目近日在武汉通过了由湖北省科技厅组织的专家鉴定。     

一种冰醋酸红外气体传感器设计

提出了一种基于非色散红外原 理的冰醋酸红外气体传感器。介绍了冰醋酸红外气体传 感器的原理,然后对其结构设计进行了详细描述,并利用Light Tools 软件对其光路进行了仿真验证,最后获得了冰醋酸红外 气体传感器样机。测试结果表明,该传感器在0～5000 ppm范围内 的测量精度优于±1%F.S.,响应时间(T90)为29 s。这种传感器的光源部分 采用电调制方式,舍弃了传统的红外气体传感器光源部分的机 械斩波结构,进而减小了传感器的体积,提高了稳定性。因此,该传感器 在冰醋酸运输、储存和使用等领域具有广泛的应用前景。     

随钻检测用微型红外甲烷气体传感器

为了满足石油勘探过程钻井液中甲烷气体同步检测分析的需要,实现甲烷气体随钻检测的目标,本文设计了一种可集成于钻具内的随钻检测用微型红外甲烷气体传感器。首先利用Hitran数据库对甲烷气体的红外吸收峰进行了对比分析,确定了探测器滤光片的中心波长;然后利用光学仿真软件TacePro对腔体内的光线传播方向进行了光线追迹分析,并对到达探测器2个接收面的光强分布进行了模拟分析,确定了光学腔体设计的合理性,随后根据红外气体传感器的工作原理设计了相应的工作电路。测试结果表明该传感器对甲烷气体的检测精度在常温下优于0.5%F.S.,在120 ℃下优于0.8%F.S.;常温下实现了对甲烷饱和水溶液中脱出的微量甲烷气体的检测,可以满足甲烷气体随钻检测的需要,在石油钻井行业的随钻检气体测领域具有广阔的应用前景。     

非分光红外（NDIR）探硫传感器的研究与设计

通过调研和分析得出国内非分光红外探硫传感器存在的工艺、检测精度和稳定度问题。文中从气室工艺、光源调制方式与稳定度、设计精密的微弱信号处理电路和恒温控制系统等影响检测结果的因素出发，依次进行改进设计和实验测试，完成气室抛光管的镀金与打磨；并对光源的电调制频率进行反复测试和验证，设计完成一种具有良好平坦特性的微弱信号处理电路。在控温精度为0.1℃的恒温系统中进行实践测试，测试结果表明，所设计的探硫传感器信号的噪声下降约73.7%，检出限达到0.01 ppm，在现有水平的基础上提升近500倍，能够实现低硫的高精密测量，为后续低硫探测的非分光红外传感器研制提供了思路和借鉴。     

新型非分光红外多组分气体分析仪的研制

为解决国内气体分析仪器稳定性差、测量精度不高等问题,研制了一种基于非分光红外吸收原理的气体分析仪的硬件电路设计和数据处理方法,它采用电调制红外光源,热释电红外探测器、低功耗单片机数据采集、嵌入式系统实时监测等先进技术,实现对SO2和NO气体的连续自动分析.     

非色散红外CO2传感器温度补偿方法研究

针对非色散红外CO₂传感器受温度影响导致测量精度低的问题,设计了单光路双通道的非色散红外CO₂传感器,提出一种BP神经网络补偿气室温度的新方法。本文分析了温度对传感器的光源、探测器以及对气体吸收系数的影响,并将BP神经网络补偿气室温度方法与其他补偿方法进行了实验对比。实验结果表明,BP神经网络补偿气室温度方法优于其他补偿方法,在测量10%～20%浓度范围内的CO₂时,最大相对误差为2.98%,重复性实验显示RSD为1.22%,为非色散红外CO₂传感器补偿温度提供借鉴意义。     

红外吸收光谱型城市路网尾气浓度检测传感器

为了能够集中测量城市路网中CO、NO、NO2和SO2的浓度,利用红外吸收光谱原理和谐波调制技术设计了四向气体浓度检测传感器。将宽带光谱LED作为共用光源,穿过四个方向上特定波长的窄带滤光片后,产生与被测气体吸收光谱一致的光束,再穿过改进的Herriott型长光程吸收气室,并在红外探测器上感应出电信号,最后利用设计的正交锁相放大电路测量出二次谐波系数大小,从而计算出被测气体的浓度。实验结果表明:设计的传感器输出的电压与被气体浓度呈正比例线性关系,平均线性度达到了0.997 85,测量误差均小于2%,可为播报环境质量和制定机动车尾气排放标准提供数据支持。     

矿井内CH4与CO2双组分NDIR传感器的设计与实现

为了实现对矿井有害气体的有效监测和控制,本文基于非色散红外(NDIR)原理,设计了一种双组分气体传感器.重点提出了一种反射式气室,然后利用光学仿真软件LightTools对腔体内的光线传播方向进行了光线追迹分析,并对到达探测器4个接收面的光强分布进行了模拟分析,验证了该气室的可行性与优越性.在器件上选用电调制红外光源和热释电探测器,由单片机处理电信号并输出气体浓度信息,大大提高了检测精度.实验结果表明,该传感器能够准确检测0～2000 ppm范围内的甲烷与二氧化碳气体浓度,满量程精度可达4.5％.可以满足矿井内甲烷、二氧化碳气体浓度检测的需要,具有广阔的应用前景.     

Design and optimization of an integrated MEMS gas chamber with high transmissivity

Non-Dispersive InfraRed (NDIR) gas sensor is widely used for gas detection in collieries and the gas chemical industry, etc. The performance of the NDIR gas sensor depends on the volume, optical length and transmittance of the gas chamber. However, the existing gas sensor products have problems of large volume, high cost and incapable of integration, which need to develop towards the miniaturized sensor. This paper first presents the theoretical background of the NDIR gas sensor and the novel structure of a fully integrated infrared gas sensor and its micro-machined gas chamber structure. Then, the light structure and the gas flow of the gas chamber are optimized on Tracepro software and Ansys workbench, respectively, and the technological process for preparing the Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) gas chamber is designed. Finally, we produce a gas chamber with a small volume and good transmissivity, which would be the most important part of producing the miniaturized NDIR gas sensor.     

基于非分散红外法的二氧化碳浓度检测综述

二氧化碳(CO₂)是温室气体的重要组分之一,实时检测其浓度变化对缓解温室效应等方面具有非常重要的意义。非分散红外(Non-dispersion infrared, NDIR)法具有稳定性好、响应速度快、测量范围宽等优点,广泛应用于便携式气体检测等领域。首先分析了NDIR法应用在CO₂检测领域的优点,并对NDIR检测原理进行了简单的概述。然后对NDIR气体分析仪的基本结构进行了详细阐述,并对测量系统的经典气体标定方法进行了综述。最后综合分析了NDIR的特点,并展望了未来的发展趋势。     

基于GWO-BP神经网络补偿的SF6红外气体传感器

为实现电力系统中SF 6气体的有效监测与控制,本文基于非色散红外原理(NDIR),设计了一种SF 6气体传感器。但是,在实际的测量中,环境的温度与气压差异性容易影响SF 6气体浓度检测装置的检测精度,因此需要采取适当的方法消除环境引起的测量误差。本文采用灰狼智能优化算法—误差反向传播(GWO-BP)神经网络对环境温度与气压变化引起的测量误差进行了补偿,并与其他补偿方法作了比较。分析得出:进行补偿后的浓度数据在0~2000 ppm范围内误差为±15 ppm,满量程误差为0.75%FS,有效提升了传感器的测量精度与稳定性。相较于电路补偿法,该方法有更高的测量精度,并且降低了传感器的体积和成本。     

Rapidly Modulated Wide-Spectrum Infrared Source Made of Super Aligned Carbon Nanotube Film for Greenhouse Gas Monitoring

Non-dispersive infrared (NDIR) gas monitoring has advantages of environment stability, convenient operation and maintenance, wide detection range, and multi-gas-detection capability. However, the conventional IR sources for NDIR gas monitoring, such as miniature lamps, microelectromechanical system (MEMS) light sources, and light-emitting diodes (LEDs), can only work at narrow modulation frequency and spectral range, or require complicated design and fabrication, because of the constraint of materials and work principle. These issues cause low data acquisition rate, poor anti-interference ability and limited gas compatibility to NDIR. Here, the super-aligned carbon nanotube (SACNT) film is developed as an IR source in NDIR gas monitoring system. It has a wide spectral range (0.2–334 µm), a facile fabrication method, and can work up to a high frequency ≈150 kHz. A mechanical-chopper-free and wide-concentration-range monitoring equipment for CO₂ and CH₄ greenhouse gases is demonstrated with SACNT film IR source. The concentration ranges for CO₂ and CH₄ investigated in this paper are 0.0195–20.10% (v/v) and 0.10–17.11% (v/v), respectively. It can be easily applied to monitor other kinds of gases as well.     

基于NDIR方法的多组分气体检测系统

提出了一种非分散红外多组分气体分析仪的系统设计方案,设计的滤光轮起到了光学滤波和调制光波的双重作用,多次反射池有效地增加了气体的吸收光程,分析仪使用一个探测器就能完成多种气体的测量。综合考虑光源辐射强度、滤光片透过率及探测器响应能力的影响,通过理论分析计算与实验研究,获得了各通道理想的零气背景信号。对分析仪进了浓度定标,各目标滤波通道的定标拟合相关系数均在0.998以上。将分析仪的实际测量值与标准值进行比较,各种气体的测量相关系数均在0.99以上。     

连续波调频技术用复用的光纤气体多点传感系统

本文提出并实验完成了一种新型的光纤气体多点传感系统。利用连续波调频（FMCW）技术复用多个气体吸收型光纤传感器,成功地实现了有两个传感探头的气体传感器阵列,系统最小的可探测气体（乙炔）浓度大约为300ppm(2.5cm气体吸收盒,一个大气压）。     

基于气体相关滤波技术的非分散红外CO气体监测系统的研究

介绍了一种有效的测量CO气体浓度的方法一基于气体相关滤波技术(GFC)的非分散红外法(NDIR)，以及该方法在实际测量中的应用．根据该方法设计出新型CO监测仪，实验表明，设计的基于GFC技术的非分散红外CO监测系统在0～200ppm的测量范围内有10ppb的监测精度。     

亥姆霍兹光声光谱多气体检测器设计和优化

光声光谱技术作为一种先进的光学检测技术,已成功应用于各种痕量气体检测场合。实现多气体的光声光谱检测,同时保证高的检测灵敏度是检测器设计的核心目标。针对测量需求设计,优化了一种基于亥姆霍兹共振的光声光谱多气体检测器,使用有限元分析方法对检测器进行了设计和仿真分析,对光声池的结构参数以及温度和压力特性进行了优化和分析。仿真结果表明:对光声池结构参数进行优化和对温度压力进行控制可以提高检测器检测灵敏度;采用光源IR-19时,激发腔38 mm9 mm,连接管5.9 mm10.2 mm和探测腔30 mm5.8 mm为光声光谱检测器的最优化参数。经实验验证,检测器对CO气体的检测精度达到5.08 ppm（1 ppm=10-6）。研究结果为痕量多气体的光声光谱检测提供了设计参考。     

机载多传感器管理专家系统设计方法探索

未来航空电子系统的一个主要特点就是智能化,利用专家系统可以达到机载多传感器智能管理的目的.简要介绍了多传感器管理的内容和目的以及飞行员助手,提出了一种机载多传感器管理专家系统结构方案,对知识库和推理机的设计方法进行了探索.     

用于机动车尾气检测的NDIR传感器的加权定标方法研究

非分散红外（NDIR）气体传感器是机动车尾气CO和CO2检测系统的核心部件,一般使用定标的方法来计算待测气体的浓度。针对传统定标方法生成的定标曲线在低于CO和CO2满量程10%范围内的拟合优度不能满足实际使用要求的问题,提出了一种基于最小二乘加权拟合法的定标方法,通过对低浓度点赋予更大的权重和增加定标点的数目来改善定标曲线在低浓度范围内的拟合优度。采用该方法的定标结果表明,定标曲线在整个量程范围内的定标误差均小于2%。所提出的定标方法具有较高的应用价值。