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。     

基于RBF神经网络的单一催化传感器检测混合气体研究

根据催化传感器在不同的工作温度下具有不同气体检测灵敏度的特点,提出基于恒温检测与RBF神经网络的单一热催化传感器检测可燃混合气体的新方法.采用动态学习算法的RBF神经网络建立了多种可燃气体分析的数学模型.通过对甲烷,一氧化碳和氢气三种气体混合的样本进行实验,结果表明所研究的方法可以较好地实现单一催化传感器对多种可燃混合气体的分析.     

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。     

基于LightGBM-Stacking模型融合的多传感器甲烷检测系统

利用多传感器检测技术结合集成学习方法，设计了一种基于LightGBM-Stacking模型融合的多传感器甲烷检测系统，其中分别使用恒压供电式催化燃烧型传感器、两路脉冲供电式催化燃烧型传感器和热传导型传感器相结合的方式达到全范围检测的目的。实验结果表明，相比使用单一算法模型，本文所提出的LightGBM-Stacking集成模型在甲烷预测的准确率、均方根误差及决定系数等指标上均有更好的表现。     

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。     

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。     

瓦斯探测器零点校正技术的研究

针对目前广泛使用的瓦斯探测器漂移大、成本高、维护周期短等问题,提出了基于恒温控制电路的瓦斯探测器的定时自动零点校正方法。该方法以催化燃烧式气体传感器为对象,采用恒温控制电路为传感器供电,以零点漂移的理论分析和大量实验研究工作为依据,解决了该类探测器长期未能解决的零点稳定性问题。采用模拟电子开关配合电阻网络实现数字电位器设计,节约了成本。实验结果表明:采用恒温控制电路的零点校正后的残留偏差比未经校正的输出值减少了近1个数量级,为设计具有自动定时调零功能的瓦斯探测器提供了技术支持。     

催化燃烧式LNG传感器自校准技术的研究

为了提高催化燃烧式LNG传感器的测量精度和传感器工作寿命与稳定性,研发了新型的恒温检测电路,并在此基础之上进行了零点漂移和灵敏度自动校准技术的理论分析和实验研究。实验数据表明：该技术有效地解决了该类传感器长期存在的零点漂移与灵敏度下降的问题,为设计具有自动校准功能的可燃气体变送器提供了依据。     

热线式传感器的研究

介绍了热线式传感器的工作原理。以横风传感器为例说明了热线式传感器的结构设计、实验模型、数据分析和一种消除环境温度影响的方法。重点阐述了恒压和恒温工作方式下热线式传感器的数学模型和设计方法。实际研制了热线式横风传感器,并通过实验测试了该传感器工作于恒压或恒温方式时所达到的性能指标。     

温度传感器动态校准技术研究

针对温度传感器的动态校准问题,介绍了一瞬态表面温度传感器动态校准系统,以此对Butt-Welded热电偶进行了动态性能实验研究,获取其时间常数为41.6 ms,实验的动态重复性为0.72%,不确定度为0.3 ms。结果表明:系统动态重复性好,测试精度较高。经动态校准获取该Butt-Welded热电偶的动态温度修正值为300℃。研究结果对温度传感器的研究和应用具有一定的参考价值。     

基于PID调节的恒温控制系统

MEMS加速度计在温度环境变化剧烈的情况下,测量精度受到很大影响,产生漂移误差,难以满足高精度导航的需求,因此迫切需要设计一种恒温电路,使加速度计长期工作在稳定的工作环境中,研究了在恒温情况下加速度计的工作状态;针对恒温控制这一要求,设计了基于DSP2812的一种恒温控制电路,将传感器由加热电路和保温层包围,减少散热,提出了由DSP和高精度数字温度传感器TMP116相结合的软件控制系统,对PID控制进行深入研究,提出一种新的控制方式;最终输出PWM占空比、控制温度和检测温度数据,经实验测试,-40℃工作环境下,PID控制后系统超调量为1%,在两分钟内温度从57℃升温至70℃并稳定,稳定后满足温度精确控制在70±0.06℃,能够有效维持系统恒温。     

高精度恒温控制系统的设计

为了开展光学实验,设计了一种高精度恒温控制系统,应用于搭建光栅制作的实验环境.该方案通过Matlab仿真建立了恒温室水平面温度梯度数学模型,确定恒温室热源的分布方式,采用西门子S7系列模块作为主控CPU,前端利用Ptl00传感器,经过A/D转换后输入到PLC,运用PID算法控制D/A模块至调压器的输出,从而决定执行机构的工作功率,最终实现温度的闭环控制.实验结果表明,该恒温控制系统控制精度高、稳定可靠,恒温室控制精度≤±0.1℃,能够满足精密仪器测量与光学加工的温控要求,具有很高的实用价值.     

基于氧化锆传感器的烟气氧量检测系统

设计了一种基于能斯特方程的烟气含氧量检测系统。选用氧化锆传感器,以MSP430单片机为智能控制单元,设计了热电偶的测温补偿电路、控温电路以及氧化锆传感器的信号处理电路。采用模糊控制算法,实现了传感器温度的恒温控制,简化了控制流程。实验证明：传感器温度可长期保持在（750±1）℃的范围内;氧含量修正方程有着良好的线性。     

硅压阻压力芯体恒压激励输出特性与温度补偿研究

为从理论上分析温度对硅压阻压力芯体输出特性的影响及串并联NTC热敏电阻的温度补偿规律,建立含压力和温度变量的分析模型,对10 V恒压激励条件下的硅压阻式压力芯体的输出特性进行了理论研究,并对军用级和民用级压力芯体的温漂系数进行比较分析.最后通过实测电阻温度系数,建立补偿电阻模块等效B值,进行理论计算和数值模拟结果比较分析,方法有效、结果可行,并提高了调试效率,为恒压激励下的温度补偿提供了理论依据.     

一种基于单传感器的热式气体流量测量方法

基于热传递的原理,提出了基于单一铂电阻的热式气体流量测量方法.首先研究了在不同温度和电流下铂电阻的温度特性.然后设计了流量测量系统的电路,分析了流量测量原理及温度补偿.最后通过恒温控制算法使铂电阻工作在2个不同的设定温度.由铂电阻的输出电压计算出气体的流量.实验结果表明该测量方法的测量精度优于1%.流量量程比近100:1.     

恒定低温法在低湿区露点检测中的应用

在低湿区环境下的露点检测中,电容式露点传感器测量的频率与露点值呈现非线性,且受环境温度影响很大,此外,湿度越低,测量的分辨力也越低。采用了一种恒定低温方法来检测低湿区露点,即传感器的环境温度恒定保持在0℃以下,可大大提高低湿区的测量分辨力,再根据露点值与频率值间具有的确定的非线性关系,将采集的频率经牛顿插值计算后就可得到露点值。采用该方法大大提高了电容式露点仪在低湿区露点检测的分辨力,扩展了其测量范围。     

热隔离式MEMS气体质量流量传感器设计

研制了一种热隔离式微机电系统（ MEMS）气体质量流量传感器。加热电阻器和上下游测温电阻器采用热隔离悬梁式结构,间隔240μm。对恒温差电路的设计要点进行了分析并制作了系统电路。测试拟合了传感器输出电压随气体流量的关系曲线,并对传感器进行了标定。测试结果表明：在0～20 L/min的流量范围内,传感器响应速度快,灵敏度高,输出信号平滑,适合于工业及医疗等领域。