新型非分光红外CO2气体浓度分析仪的开发与研究

本文在分析红外检测技术与Lamber-Beer定律的基础上,将电调制光源和新型传感器应用于CO2气体浓度检测仪器中,设计了一种双通道一体化的新型非分光红外CO2气体浓度分析仪.重点介绍了该分析仪的调制光源、气室、传感器及其信号采集、处理电路的设计,并通过后期实验的测试,验证了设计方案的可行性.该分析仪具有精度高、稳定性好、体积小、响应迅速等特点.     

新型扁锥腔红外CO2气体传感器系统研究

为提高红外CO2气体传感器测量精度,本文利用非分光红外探测技术设计了以白炽灯红外光源、双通道热电堆红外探测器和扁锥腔体为主要元件构成的新型红外CO2气体传感器。采用Zemax光路仿真分析,研究了新型扁锥腔CO2气体传感器探测面光强分布,并结合ANSYS FLUENT软件对扁锥型气室进行结构优化。以STM32单片机为核心,实现了光源电调制,采用ICL7650放大处理探测器的电信号,再由STM32控制ADC进行信号采集,提高了测量系统的抗干扰能力。在此基础上开展了标定和测试实验,结果表明：在25℃环境中,传感器能够准确检测出0-2000 ppm量程范围内的CO2气体浓度,具有较好的重复性和长期稳定性。三组实验平均相对误差最大为5.2%,重复性误差最大为5.5%,稳定度为2.3%。该研究对红外CO2气体传感器结构优化和测量精度的提高具有参考意义。     

非分光红外二氧化碳浓度测量仪的研究

介绍了一种非分光红外(NDIR)CO2浓度测量仪。从红外辐射与红外吸收的基本原理出发,以双通道气体吸收模型为基础,结合传感器技术,完成了以CO2浓度检测功能为核心的理论分析;围绕红外光源和红外探测器设计了驱动电路和信号处理电路,并把传感器安装在受保护的光路系统中;并且根据实验所得数据改进了浓度计算方法。     

MEMS红外光源及应用

针对传统红外光源需要另加调制部件,使得传感体系价高和笨重的不足,利用微电子工艺研制了一种用于便携式非扩散红外气体传感器的电调制红外光源,并对其辐射特性进行了测试。将光源应用于自行搭建的小型红外吸收气体传感系统中,对不同气体体积分数的CO2和SO2气体进行探测,测量精度分别达到20×10-6和50×10-6气体体积分数。重复测量偏差在10%之内,且光源辐射性能稳定,可用于多组分气体探测。     

基于光声光谱技术的SF_6气体检测系统方案研究

为了实现对SF6气体的检测,该文研究了一种基于光声光谱的SF6气体检测系统方案。首先,从理论上分析了该系统的基本检测原理。接着,对系统的组成进行描述。分析了SF6、CO2、H2O的红外吸收特性,并确定滤光片参数。在此基础上,选择宽带红外热辐射光源作为系统光源。设计了圆柱形共振光声池,并利用STM32嵌入式处理器实现对光声信号采集,以及SF6气体浓度计算。     

一种改进型高灵敏红外CO浓度检测方法

针对CO气体对红外光谱吸收系数低、低浓度CO检测难度大的问题,采用非散射红外光谱吸收法,通过电学调制方式,设计了一种改进型高灵敏红外CO浓度检测装置,并给出了光学模块和电路结构设计方法。针对检测信号频率低、噪声大的问题,设计了一种性能良好的选频器以及能抑制其温度漂移的拓扑结构,提高了检测信号的信噪比,并减小了温度变化对CO浓度检测的影响。此外,还给出了CO浓度的计算方法。试验结果表明,仪器检测灵敏度可达0.3×10-6。     

用于火灾探测的非色散红外吸收气体传感器

基于朗伯—比尔吸收定律建立了便携式非色散红外气体传感体系，并成功的应用于火灾现场生成气体的实时检测。该体系利用直接电调制的红外辐射源、窄带薄膜干涉滤光片和高灵敏度的TGS热释电红外探测器，很大程度地降低了系统的成本和体积，提高了探测灵敏度。通过对CO、CO2、NH3和SO2四种火灾现场燃烧生成气体在不同浓度状态下的测量，证明系统对所测气体可以达到了几十个微量级的探测极限，响应时间均小于20s，具有较好的稳定性，能够满足一定的测量要求。     

红外气体传感器中光源恒功率控制电路的设计

为了提高红外气体传感器中光源输出功率的稳定性,设计了一种恒功率控制电路。该电路运用功率监视器,通过三极管和运算放大器的反馈调节,保持光源输出功率恒定。实验结果表明:该电路弥补了光源损耗和光源器件的分散性,使红外气体传感器产品的可靠性和一致性得到提高。     

基于红外吸收的有害气体监测系统

针对环境监测和工业现场对有害气体浓度精确监测的需要,利用红外吸收光谱检测原理,以DSP芯片TMS320F2812为控制处理核心,设计了能同时检测CO、C02、CH4浓度的有害气体监测系统。简要说明了红外吸收光谱检测原理及系统架构,详细介绍了脉冲调制红外光源、热释电红外探测器、信号调理电路、智能控制处理系统的设计。实验结果表明,该监测系统测量精度高、稳定性能好、具有较高的应用推广价值。     

差动吸收式光纤气体传感器研究

本文基于甲烷和乙炔气体的光谱吸收特性,设计了一种差动吸收式光纤气体监测仪。根据被测气体的吸收峰值波长选择LED作为光源。采用不同频率的光源驱动电路实现多种气体浓度的同时检测。为保证测量精度,采用测量信号与参考信号的比值作为输出信号,以及相敏检测技术。对甲烷和乙炔气体浓度的检测实验表明,该系统具有较好的检测灵敏度和测量精度。该系统稍加改变结构参数,也可测量其它气体的浓度。     

基于工业以太网的非分光红外气体分析器设计

为解决传统红外气体分析器稳定性差、测量精度低等问题,研制了一种基于非分光红外吸收原理的新型气体分析器。重点介绍了该气体分析器的电调制红外光源、热释电红外检测器、光/气路结构、信号调理电路及其嵌入式实时监控系统的设计。利用以太网控制器CP2200设计了工业以太网接口,通过以太网接口能够快速准确地发送测量和报警信息。实验结果表明:该红外气体分析器响应快速,测量精度高,稳定性好,具有很高的实用价值。     

基于恒温谐波检测双回路瓦斯浓度仪研究

针对传统气体传感器检测范围窄、易中毒、使用寿命短等缺陷,提出基于恒温谐波检测的双回路瓦斯浓度检测系统。通过ATMEGA16实现低浓度的电化学检测电路切换高浓度的红外吸收检测电路,恒温惠斯通电阻电桥检测电路可减少温度场对传感器性能影响;应用谐波检测原理消除红外光路干扰,稳定光源的输出功率,提高灵敏度。利用拉格朗日插值定理进行温度补偿,可消除温度漂移带来的瓦斯浓度二值性问题,并能在5.3%瓦斯浓度处实现高精度的瓦斯爆炸预警。实验结果表明：双回路检测仪具有高灵敏度、测量范围广、精度高等特点,可应用在突出灾害时瓦斯大量涌出检测中。     

基于ATMEGA16的便携式瓦斯检测仪

针对目前常用瓦斯检测仪检测范围高时精度低,检测精度高时检测范围低等不足,设计了一种基于双检测回路的便携式瓦斯检测仪。该系统以ATMEGA16控制器为核心,利用催化燃烧式传感器和红外探测器组成双回路瓦斯检测电路,并将朗伯-比尔红外吸收定律运用到瓦斯检测原理中,提高了低瓦斯浓度时的测量精度,同时扩大了瓦斯浓度的测量范围。系统的无线收发模块可以和上位机通信实现信息共享,其开关机电路可以实现关机后仪器与电源完全断开,有效节约电池能量。实验表明该瓦斯浓度检测仪具有检测精度高,检测范围广,高效节能等特点,具有较高的应用价值。     

基于差分吸收检测技术的非色散红外SF6传感器

基于非色散红外吸收原理,以电调制红外光源、采样气室和双元红外探测器组成的红外传感模块为核心,利用差分吸收检测技术设计了一种小型化高性能的SF6气体传感器.利用标准气体进行浓度标定,拟合了SF6气体浓度与电压关系曲线,实现了对SF6气体浓度的准确检测.根据传感器检测误差随环境温度变化的规律,系统研究了温度补偿方法,有效提高了传感器在不同温度下的检测精度.实验结果表明,该传感器系统在环境温度10℃~40℃、气体浓度0~2500×10-6范围内的检测精度小于±50×10-6,分辨率为1×10-6,系统响应时间小于5 s,具有良好的重复性和稳定性.     

基于TDC-GP22的超声波渡越时间测量方法研究

介绍了采用TDC-GP22用于超声波气体流量计信号接收和渡越时间(TOF)检测的实现方法。针对超声波信号接收电路,设计了带通滤波放大电路进行噪声抑制和放大处理,采用高速模数转换器(ADC)和数字电位器设计了增益控制电路,实现了对超声波接收信号的自动增益控制(AGC);针对超声波渡越时间检测,设计了阈值比较电路和高精度TDC-GP22时间检测电路。利用噪声阈值门限对TDC-GP22进行动态使能,避免了噪声引起的误检测。在音速喷嘴气体流量标准装置上进行了流量标定试验,试验结果证明了本测量系统具有良好的测量精度和测量稳定性。     

一种矿用火焰传感器研制

针对现有基于红外检测原理的火焰传感器存在探测距离短、反应时间长等问题,研制了一种基于紫外光检测原理的矿用火焰传感器。通过实验得到了紫外光电管信号调理电路的数学模型,根据该模型得出的电路参数提高了紫外光电管的响应速度;对火焰传感器的供电电源及信号传输电路进行了电磁兼容性设计,提高了火焰传感器的抗干扰能力。测试结果表明,该传感器反应速度快、抗干扰能力强、稳定可靠。     

红外气体传感器信号调理及数据处理

针对红外气体传感器易受外界光源、电磁等干扰影响,其输出信号中存在大量噪声而影响检测精度的问题,设计了一种红外气体传感器信号调理及数据处理电路。该电路采用硬件和软件相结合的方法,在硬件上设计了信号调理电路,在保证信号真实性的同时具有非常好的放大滤波功能;在软件上采用中位值平均滤波算法对信号进行处理,可有效克服信号中混入的噪声,且对周期性和热噪声产生的干扰也有很好的抑制作用。试验结果表明,该电路可有效滤除传感器中的大量噪声,准确提取有用信号,提高检测精度及稳定性,满量程精度可达0.54%。     

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。