一种高精度可燃气体检测报警器设计

利用半导体可燃气体传感器MQ-2设计了一种可燃性气体体积分数检测报警器,由可燃性气体传感器、模/数转换电路、单片机、显示电路、声光报警电路等组成.传感器MQ-2将气体体积分数转换为电压信号,送A/D转换电路,转换后的信号送STC89C52单片机,单片机经过处理后控制显示单元显示气体体积分数,同时控制驱动报警电路实现声光报警.实验表明:该检测报警器对异丁烷、甲烷、天然气等可燃性气体检测精度达到了0.01％,具有检测性能稳定、线性度好、电路简单、成本低、小型化、便于调试等特点.     

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.     

用于半导体气体传感器的程控标定系统

组建了一套用于半导体气体传感器的程控标定系统。该系统使用一台四路输出的程控直流电源对半导体气体传感器进行编程加热 ,计算机控制质量流量计实现低体积分数被测气体的精确配气并实时采集传感器的响应信号。该系统可对由四支气体传感器构成的阵列进行多种工作模式的标定。     

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。     

用于气体差分检测的微弱信号处理电路的研究

为了提高气体差分传感系统的信噪比,基于微弱信号的相关检测原理,设计了以锁相放大器为核心的微弱信号处理电路。实验表明:电路输出电压与检测气体体积分数呈线性关系,电路对气体体积分数的检测极限为150×10-6,检测系统对检测气体体积分数的误差为1%,具有较好的重复性及选择性。     

半导体型氯气传感器的信号处理与线性化研究

氯气是一种有毒有害气体,在生产和生活中,准确测量空气中的氯气体积分数尤为重要。介绍了一种用半导体型氯气敏感探头和由其组成的变送电路来测量氯气体积分数的新方法。通过运用对数、反对数放大器和同相、反相放大器把类似于双对数关系的体积分数一电阻值输出转换为具有线性关系的体积分数一电压值输出,实现了氯气传感器信号的线性化处理。     

基于WMS光纤气体传感器频率偏差的抑制

利用波长调制光谱(WMS)技术的光纤气体传感器进行痕量气体体积分数检测可以达到很高的检测灵敏度,离散数据采样过程中很难保证严格在吸收线中心频率处采样,频率偏差会使检测结果产生严重偏差.利用傅里叶级数展开分析WMS各次谐波信号,在采样过程中通过测量一次谐波的最大值与最小值取平均,获取与待测气体体积分数无关的一次谐波基线值,抑制频率偏差对系统检测精度的影响.以二次谐波峰值与一次谐波基线的比值作为系统的输出,有效地消除光强波动等因素带来的干扰.     

基于函数型连接神经网络的瓦斯传感器非线性校正

通过对载体催化瓦斯传感器检测原理的分析,指出瓦斯体积分数与瓦斯传感器输出电压之间呈非线性关系,提出了应用函数型连接神经网络的强非线性逼近能力,且不依赖确定的数学模型的优点,建立非线性校正模型,消除瓦斯检测中的非线性误差.网络仿真结果与分段线性拟合曲线的比较表明:这种非线性校正模型结构简单、收敛速度快、逼近精度高.     

一种新型的气敏传感器测量装置

介绍了一种新型、高精度的智能气体体积分数测量设备。该设备将ARM7应用到电路中,利用其强大的数据计算处理能力及控制能力,设计出了显示气体体积分数值的测试电路。传感器输出的电信号采用归十法与多项式拟合相结合的方法进行转换,有效地校正传感器的非线性,提高测量的精度。通过C语言编程实现该算法,经测试,该装置的精度误差保持在±1．5％,能够准确地对环境中的气体进行监控,并具有到限报警功能。     

基于TCS208F的氢气体积分数检测仪的设计

系统采用微流量气体热导传感器TCS208F进行氢气体积分数检测,设计信号调理电路,并在传感器外部设计环境温度控制电路,以实现传感器的恒温检测.传感器输出的微弱信号经测量电桥调理输出,通过集成芯片AD708进行初级放大,经减法电路进行二次放大,最后把标准电压信号送入单片机C8051F020的测量系统进行后续处理,完成氢气...     

载体催化型瓦斯传感器输出电压与瓦斯体积分数函数关系研究

针对载体催化型瓦斯传感器的近似直线形的输出曲线存在非线性误差较大、准确度低的问题,提出了一种采用最小二乘法建立载体催化型瓦斯传感器输出电压与瓦斯体积分数函数关系的方法。以MJC4/2.9J型载体催化元件为实验对象,结合相应的实验数据得到输出电压与瓦斯体积分数的拟合曲线,该拟合曲线的结果表明,采用最小二乘法建立的瓦斯传感器输出电压与瓦斯体积分数函数关系非线性误差较小、准确度高,并将该函数关系应用到瓦斯检测仪的设计中。实际应用结果表明,该瓦斯检测仪具有较高的精度及稳定性。     

采用光声光谱技术检测乙炔气体的研究

气体光声光谱检测技术灵敏度高,不消耗被测气体,能够很好地检测变压器油中溶解的微弱气体.乙炔是变压器产生的微弱气体之一,为了检测乙炔气体,构建了用以检测该气体的实验装置.利用该装置,对外腔可调谐半导体激光器的辐射特性进行了分析;深入分析光声池的品质因数和频率响应;在低气体体积分数、低激光功率条件下,得到了光声信号与气体体积分数、激光功率间的关系.     

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%。     

基于时间响应特征提取的气体体积分数定量分析模型

体积分数检测中,常常存在时间响应曲线出现延迟或提前的情况,传统方法(如神经网络)无法进行矫正,继而影响检测的准确性。通过对样本的时间响应曲线的观察分析,发现该曲线的最大曲率点与样本体积分数存在某种联系。基于此,提出了一种体积分数定量分析模型。通过对16组不同体积分数的NH3和丙酮的实验,发现使用该模型对时间响应曲线进行矫正后,测量结果的一致性得到很大的提高。当变异系数分别大于0.17,0.5时,检测结果一致性改善的比例分别可达87.5%,88.9%,进一步证明了该方法的有效性。     

一种热电偶传惑器线性化方法的研究与实现

为了减小热电偶温度传感器的非线性输出误差,介绍了一种分段线性化补偿原理,给出相应的补偿电路和电路分析。实验结果表明：经补偿后在（0-1000）℃范围内,其电压-温度系数约为0．041mV／℃,非线性误差优于0．4％。     

基于STM32和FPGA的激光甲烷检测系统设计

为了开发小型化的实用激光甲烷检测系统,设计了基于STM32单片机和FPGA的系统方案。FPGA实现系统中正交矢量锁相放大器和激光器调制驱动信号的产生。STM32负责半导体激光器温度控制,气体体积分数计算,通信接口等功能。设计的激光甲烷检测系统对4种标准甲烷气体进行了实际测试,在10%量程范围内示值误差不超过±0.2%。此方案可以作为激光气体检测系统的通用平台,实现对其他气体的测量。     

基于γ-Al_2O_3膜微加工煤油传感器研究

基于半导体式气体传感原理,提出了利用MEMS技术将电化学生长的Al2O3膜加工成微热板结构载体,采用平面薄膜工艺制做Pt薄膜加热电阻和信号电极。在微热板的2个电极上,涂敷γ-Fe2O3-SnO2-Pt-Pd形成煤油蒸气敏感单元,实现在微结构体上气体检测的二单元集成。传感器采用脉冲工作方式,工作周期为30 s,在加热峰值形成高温400℃的煤油检测条件。测试结果表明:煤油(标志物:癸烷)检测可实现体积分数(0～7000)×10-6范围,90%的吸附响应时间小于8s,脱附响应时间小于12s,传感器信号输出与煤油体积分数有对应的全对数线性关系。     

基于Piecewise算法的反正切运算器的设计

在科学计算、数字信号处理和图像处理等诸多应用中,反正切运算都是常用的基础操作之一。基于Piecewise算法,面向某型DSP芯片设计了一个符合IEEE-754标准的单精度浮点反正切运算器。为了达到设计精度,分析和限制了运算过程中的所有误差。为了确保输出结果具备与原函数一致的单调性,提出了一种可确保算法单调性的设计方法。为了降低硬件成本,使用了二级分层分段方法,并实现了基于电路静态和动态分析的信号位宽设计与优化。基于FPGA的仿真结果表明,反正切运算器所需硬件成本较小,其输出结果与标准结果之间的误差小于1 ulp,且运算器输出具有良好的单调性。