基于双通道检测技术的非分光红外CO_(2)传感器设计与研究

针对传统红外气体传感器气室与信号处理模块分离存在体积大、灵敏度差的问题,基于非分光红外双通道检测技术,设计了一种小体积、高精度的红外CO_(2)传感器。首先,对反射型气室进行光线追迹仿真,保证热释电探测器受到的红外辐射和气体吸收光路长度满足要求。同时,设计了可靠的光源驱动电路、带通放大电路;对传感器的温度漂移特性进行讨论,建立温度补偿算法模型。在温湿度箱中标定红外CO_(2)传感器参数,通过拟合曲线得到常数a和n,以及温度补偿系数β。经过实验测试表明,该红外CO_(2)传感器测量误差小于真值的±5%。

基于ZigBee的隧道CO_(2)气体监测系统的设计

在西宁至成都铁路的海东南山特长隧道的初步设计、施工阶段发现,西宁盆地白垩系砂砾岩地层中含逸散气,局部可能存在小型高压气囊,在开挖过程中可能会产生靠近高压气囊的岩体倾覆及CO_(2)气体外泄的风险。针对该问题,采用ZigBee短距离无线通信技术与传感器技术,结合GPRS无线技术,开发了一套隧道内CO_(2)气体监测系统。该系统能够实时监测隧道内的CO_(2)气体体积分数与压力,并通过无线通信技术将数据传输至监测中心。当参数在正常范围时,系统进行周期性上报;当参数异常时,系统会向负责人发送短信提示。研究结果表明:该监测系统能够有效监测隧道内的高压气体情况,确保施工安全。

基于差分吸收检测技术的非分散红外CO_(2)呼吸气体传感器

采用非分散红外(non-dispersive infrared,NDIR)气体传感器实时检测呼吸气体中的CO_(2)气体浓度,进而反映人体运动机能和代谢功能等身体状态,可以满足人类日益增强的对自身健康状况进行了解的需求。利用电调制微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)光源和双通道热释电传感器分别作为红外光源和探测器,采用气室结构设计和压电微泵相结合的方法为传感器提供稳定的气体流速,设计出红外呼吸CO2气体传感器。通过测量不同CO_(2)标准气体浓度下热释电传感器参考通道和测量通道的电压比值进行传感器标定,获得了在室温下、检测量程0%~8%内,绝对误差小于0.5%,相对误差3%,系统响应时间小于1.5 s的传感器,提高了基于NDIR气体传感器检测呼吸气体的抗干扰能力,可望满足运动机能和代谢功能检测等应用对CO_(2)气体监测的需求。

非色散红外CO_(2)气体传感器的抗温湿度干扰设计

为了抑制环境温湿度对非色散红外(NDIR)CO_(2)气体传感器测量精度的严重干扰,从硬件补偿的角度出发,为其设计了低湿控制模块与恒温控制模块。采用由聚偏氟乙烯(PVDF)疏水滤膜与3A分子筛构造的气体干燥管过滤CO_(2)气体中的水份实现气室降湿,同时采用增量式比例-积分-微分(PID)算法调节包裹在光学气室外的加热片的功率,达到恒温效果。研究分析了温湿度对气体浓度测量精度的影响,对低湿恒温抗干扰设计进行了测试和验证。实验结果表明,基于气体干燥管的低湿控制模块能够将CO_(2)气体的湿度降低到8%左右,而恒温控制模块能够将气室温度稳定在40℃。在复杂温湿度环境下,0~2000×10^(-6)气体浓度范围内,具有抗温湿度干扰设计的CO_(2)气体传感器的浓度测量平均相对误差为8.38%,显著减小了检测系统的温湿度漂移,研究结果对于研制高性能的NDIR气体传感器有参考价值。

基于曲面拟合的NDIR单通道CO_(2)气体传感器快速标定算法

为了提高非色散红外(NDIR,Non-Dispersion Infrared)二氧化碳(CO_(2))气体传感器的标定效率,提出一种针对NDIR单通道CO_(2)气体传感器的高效快速标定算法。首先采集m个传感器节点在不同温度、不同浓度下对应的电压值;然后对于每个节点,将它的数据点(温度,浓度,输出电压)进行曲面拟合,拟合后的曲面作为候选曲面;测量待标定传感器的6个在不同温度、不同浓度下对应的输出电压数据点,选择一个与这6个数据点最优匹配的曲面,以此作为待标定传感器的标定曲面。实验结果表明,算法标定准确性和可靠性高,按照5%+50×10^(-6)的精度,算法标定的数据合格率达到99%。

Au NP负载Co_(3)(HITP)_(2)@ZIF-67复合材料的制备及其室温下气敏特性

采用水热法和化学还原法制备了Au纳米颗粒(NP)负载Co_(3)(HITP)_(2)@ZIF-67复合材料,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对所合成材料的微观形貌和晶相进行表征分析。同时,制备了基于Au NP负载Co_(3)(HITP)_(2)@ZIF-67复合材料的气体传感器件,研究了其在室温下对H_(2)S的气敏特性。测试结果表明,相比纯的ZIF-67气体传感器无法在室温下对H_(2)S进行气敏检测,负载Au纳米颗粒的Co_(3)(HITP)_(2)@ZIF-67复合材料的气体传感器在室温下对体积分数为20 ppm(1 ppm=1×10^(-6))的H_(2)S气体响应可达到2.7,响应/恢复时间分别为64 s/99 s,且具有较好的选择性、重复性和长期稳定性。

恒温NDIR二氧化碳气体传感器研究

环境温度变化会影响CO_(2)对红外光的吸收效率,为提高非色散红外(NDIR)CO_(2)气体传感器的测量精度,设计了一种基于增量式PID算法的恒温CO_(2)气体传感器系统。首先利用ANSYS FLUENT软件对恒温控制下的采样气室内部热分布进行模拟仿真,验证了恒温控制的可行性,然后设计了基于PI加热片的恒温控制系统。实验结果表明,在0~2000 ppm气体浓度范围内,本文提出的CO_(2)气体传感器在恒温40℃时的测量误差小于±60 ppm,该结果对于研制高性能气体传感器有一定参考价值。

基于GA-BP神经网络的红外CO_(2)传感器湿度补偿研究

为了提高红外CO_(2)气体传感器的探测灵敏度和精度,首先研究了不同镀膜对非色散扁锥腔CO_(2)气体传感器的红外吸收效率和灵敏度的影响.然后搭建了湿度实验平台,着重研究了环境湿度对气体浓度测量结果的影响.最后,采用遗传算法优化的BP神经网络算法(GA-BP)对传感器进行了湿度补偿.实验结果表明:在室温条件下、0~2000×10^(-6)浓度范围内,镀金腔体的CO_(2)传感器具有更高的红外吸收效率和灵敏度;在40%~80%湿度范围内,CO_(2)气体传感器的测量误差与相对湿度密切相关,最高误差达645×10^(-6).采用GA-BP算法数据融合补偿后,传感器湿度漂移得到了较好抑制,整体平均误差小于±110×10^(-6),表明CO_(2)气体传感器的测量精度得到了大幅提升.

ZnIn_(2)O_(4)/Co_(3)O_(4)复合材料的制备及其传感器对异丙醇的气敏性能

利用溶剂热法在ZIF-67表面原位生长出In_(2)S_(3)和ZnIn_(2)S_(4)纳米片层结构,并通过高温退火形成相应的Co_(3)O_(4)、In_(2)O_(3)/Co_(3)O_(4)和ZnIn_(2)O_(4)/Co_(3)O_(4)敏感材料。制备出三种不同的气体传感器,并对异丙醇的气敏性能进行了研究。实验结果表明,与纯Co_(3)O_(4)传感器相比,In_(2)O_(3)/Co_(3)O_(4)和ZnIn_(2)O_(4)/Co_(3)O_(4)传感器表现出优异的气敏性能。尤其是ZnIn_(2)O_(4)/Co_(3)O_(4)传感器气敏性能最优,其对体积分数5×10^(-6)异丙醇的响应度为8.26,分别约为In_(2)O_(3)/Co_(3)O_(4)复合材料传感器的1.36倍和纯Co_(3)O_(4)传感器的4.67倍。同时,所制备的ZnIn_(2)O_(4)/Co_(3)O_(4)传感器也表现出良好的检测限、线性度、重复性和长期稳定性。

基于分等级中空微球结构Co_(3)O_(4)/WO_(3)复合材料的制备及对H_(2)S的气敏性能

通过简单的水热法合成了由纳米颗粒自组装而成的分等级中空微球结构WO_(3)和Co_(3)O_(4)/WO_(3)材料,整个实验过程中不添加任何的表面活性剂和模板剂,符合绿色化学发展理念。对样品的形貌、结构、化学成分和气敏性能进行了表征。结果表明,Co_(3)O_(4)/WO_(3)复合材料成功构筑p-n异质结并呈中空微球结构。在气敏性能测试中,Co_(3)O_(4)/WO_(3)复合材料传感器在最佳工作温度50℃下对体积分数为1×10^(-5)的H_(2)S气体的响应值为42.1,约为WO_(3)传感器的3.37倍,响应时间仅为8 s。本实验还进行了1×10^(-8)~5×10^(-5)不同体积分数的H_(2)S气体连续循环检测,检测下限低至1×10^(-8)。同时,所制备的传感器具有良好的稳定性、选择性和重现性。此外,还详细分析了Co_(3)O_(4)/WO_(3)复合材料用于H_(2)S气体检测的传感机理。

SF_6/N_2混合气体纯度检测系统的研究（英文）

为了快速、准确地检测出SF_6/N_2混合气体各组分浓度,考虑微量空气的渗入对其影响,给出了一种恒温控制下基于微流量热导传感器的SF6/N2浓度检测方法,并结合电化学传感器的微量O_2浓度检测原理,设计出了应用于现场分析的混合气体各组分浓度检测的整体方案,并对其进行了实验验证。实验结果表明:在传感器有效测试浓度范围内,此系统检测精度高(全量程平均测量误差±1%以内)、响应速度快、重复性好、性能稳定。

Co_(3)O_(4)空心纳米球的制备及其H_(2)S气敏性能研究

采用简单的水热合成法和后续的热处理步骤制备了由纳米粒子组装的Co_(3)O_(4)空心纳米球,利用TG、XRD、SEM、TEM和XPS对Co_3O_4中空纳米球的形貌和结构进行了表征。其中,焙烧650℃的样品仍然能够保持中空球形结构、较好的晶化程度以及较好的晶粒间连接性,对H_2S气体表现出较高的响应灵敏度、选择性和稳定性。在最佳工作温度133℃条件下,对50 ppm H_(2)S的响应灵敏度为5.20,并在1~100 ppm H_2S浓度范围内呈现良好的线性关系,检测限为1 ppm。

基于双金属MOFs制备Co_(3)O_(4)/In_(2)O_(3)复合物及其气敏性能的研究

以硝酸铟(In(NO_(3))_(3)·x H_(2)O)、对苯二甲酸(H_(2)BDC)、六水合硝酸钴(Co(NO;)·6H_(2)O)为原料,首先采用一锅油浴法合成了含有Co^(2+)的铟基金属有机框架材料(MOFs)Co^(2+)/CPP-3(In)材料,然后在450℃下焙烧制备Co_(3)O_(4)/In_(2)O_(3)复合物气敏材料,将Co_(3)O_(4)/In_(2)O_(3)复合物的粉体制作成传感器,并对其气敏性能进行研究。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪(XRD)对双金属MOFs Co^(2+)/CPP-3(In)材料和Co_(3)O_(4)/In_(2)O_(3)复合物进行表征,采用静态配气法测试其气敏性能。结果表明,Co_(3)O_(4)/In_(2)O_(3)(n_(Co):n_(In)=0.4:1)样品的形貌保留了其MOFs前驱体的棒状结构,棱柱形框架更为突出,表面呈凹陷状,棒体中间粗两边细,六角截面和棒体均布满了孔洞。结合EDX和XRD表征结果,Co^(2+)/CPP-3(In)MOFs前驱体完全转化成Co_(3)O_(4)/In_(2)O_(3)复合物;Co_(3)O_(4)/In_(2)O_(3)(n_(Co):n_(In)=0.4:1)复合物在70℃下对5×10^(-6)H_(2)S的气敏性能最优,响应值达到153,是同条件下纯In_(2)O_(3)对H_(2)S响应值的5倍,并且有较好的重复性、选择性和稳定性。

非色散红外二氧化碳传感器的设计与实现

针对目前市面上CO_(2)传感器量程小、体积大等问题,以红外光谱吸收原理为基础,设计了一种基于非色散红外技术的CO_(2)气体传感器。在朗伯-比尔定律基础上引入气体非吸收峰对浓度检测的影响,并据此建立了相应的浓度计算方程。在气室方面,提出了一种反射型结构,并通过仿真验证了该结构的可行性。在软硬件方面,以单片机作为控制核心,并在其内部实现了温度补偿及浓度拟合功能。为测试性能,使用温度试验箱搭建测试平台。结果表明,在不同温度下,该传感器能够准确测量0-5%范围内的CO_(2),且满量程精度为2.8%,满足工业生产等领域对CO_(2)实时检测的要求。

二氧化碳气体传感器的研究进展

随着温室效应的加剧,全球开始变暖,对二氧化碳传感器的需求更加迫切。在二氧化碳传感器中,半导体气体传感器最为常见。半导体气体传感器工作温度低、灵敏度高,但是选择性不好,而电化学型气体传感器由于其敏感电极对CO_(2)具有特定的催化作用,从而使其选择性大大提高。与传统的传感器相比,纳米传感器可以从微观角度丰富传感器理论,最常见的纳米材料为金属氧化物。随着研究的深入,在金属氧化物中加入一些贵金属催化、利用可见光催化等等,可以进一步提高气体传感器的性能。本文针对二氧化碳气体传感器做了阐述,着重介绍了二氧化碳气体传感器的原理、研究进展、发展趋势等几个方面。