非色散红外气体传感器稳态扩散高斯分布浓度校正方法

流程工业中气体浓度测量至关重要。非色散红外传感器是一种基于不同气体对红外光吸收强度差异性测量气体浓度的传感器,气体浓度测量精度高,广泛用于流程工业中CO_(2)和N_(2)O气体浓度测量。非色散红外传感器内气体不均匀扩散使气体浓度测量会产生原理性误差,需要得到气体在传感器气室内达到稳态扩散时间降低浓度测量误差,提高测量精度。本文提出一种非色散红外传感器高斯分布扩散模型预测气体稳态扩散时间计算方法,14组不同条件下CO_(2)和N_(2)O的仿真实验得到本文提出高斯扩散模型的拟合度分别为0.82和0.80,验证所提出高斯模型预测气体稳态扩散时间的鲁棒性。本文所提方法非色散红外传感器浓度测量不均匀扩散产生误差补偿提供保障。

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。

基于RBF神经网络气压补偿的非色散红外SF_6气体传感器

非色散红外SF_6气体传感器具有测量范围广、灵敏度高、抗干扰能力强等优点,在电力系统中具有广泛的应用。在实际检测过程中,环境气压的变化对气体传感器的检测精度有较大的影响,提出利用RBF神经网络建立气体传感器气压补偿模型,运用其泛化和非线性映射能力对环境气压波动引起的测量误差进行补偿。实验结果表明:采用气压补偿模型后的气体传感器在气体浓度3 260mg/m3~9 781mg/m3,气压100kPa^120kPa范围内,最大测量误差由±646mg/m3降为±52mg/m3,测量精度为±0.53%FS。该方法相比于拟合法和硬件电路补偿法具有更高的测量精度和稳定性,降低了传感器的体积和成本。

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。

气体非色散红外传感器研究进展

准确检测气体在现代战争、航空航天和应急救援等行动中起着至关重要的作用。非色散红外传感器是一种通过特定波长的气体红外特征吸收来定性、定量检测气体的传感器,具有实时检测、检测范围广、维护成本低和使用寿命长等优点。该文对气体非色散红外传感器的原理、仪器结构及其应用进行了综述,同时对气体非色散红外传感器的发展趋势进行了展望。

非色散红外CO2传感器温度补偿模型研究

针对农业温室大棚中CO2浓度监测易受到温度影响的问题,建立了一种利用热释电探测器对非色散红外CO2传感器进行温度补偿的模型。从安装在红外探测器上的热敏电阻的输出电压中提取环境温度。为了建立温度补偿模型,进行了温度对传感器模块性能影响的实验,并采用卡尔曼滤波对足够的稳态数据进行处理。在建立温度补偿模型之后,其在30℃温度变化范围内的精度在±150 ppm以内,能够实现较准确的CO2浓度在线监测。

非色散红外气体传感器在消防设计中的应用

一、引言 非色散红外（NDIR）气体传感器是一种基于不同气体分子的红外光谱选择吸收特性、利用气体浓度与吸收强度关系（朗伯一比尔定律）鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。作为一种快速、准确的气体分析技术，它与其它类别气体传感器如电化学式、催化燃烧式、半导体式等相比。具有应用广泛、使用寿命长。

用于环境监测的新型非色散红外气体传感器系统

本文介绍了基于非晶硅膜片的微辐射检测技术在环境监测仪器中的应用。此种检测器成本低而灵敏度高，目前CO的样机已试制成功。对其它气体的监测也正在进行中。

温度对非色散红外气体分析仪测量准确度的影响

分析了温度对非色散红外气体分析仪测量准确度的影响,并提出温度补偿方案。参考HITRAN数据库,以某型CO_(2)红外气体分析仪为例,分析其在5~40℃的测量准确度。研究结果表明,非色散红外气体分析仪指示值与温度呈非线性正相关,原因是气体吸收、光源、滤波器、检测器、吸收池等元素交叉作用。温度是影响非色散红外气体分析仪测量准确度的重要参数。该研究对非色散红外气体分析仪的温度补偿研究具有一定参考意义。

基于MEMS工艺的集成红外气体传感器工艺研究

研究了一种采用MEMS技术实现的含有红外发射源和探测单元的片上集成红外气体传感器芯片。通过理论分析证明了探测器和红外发射源可以集成在同一衬底上的可行性,采用正面刻蚀和背面ICP深刻蚀硅工艺实现红外发射元和探测单元的悬空热隔离结构,可以使红外发射源和探测器同时工作在较好的性能状态下。通过对红外气体传感器的红外发射源和探测单元的测试,表明两种单元均可以正常工作,验证了这种集成工艺的可行性。

非共振光声红外气体传感器结构参量分析

非共振光声红外气体传感器在气体检测领域有很好的应用前景。对基于MEMS红外光源的非共振光声红外气体传感器进行了一维模拟,分析了光声腔及红外吸收光路结构对传感器性能的影响;计算了吸收腔气体压强变化量与吸收腔长度及调制频率的关系,研究了光路内壁反射率、样品气室长度对样品气体红外吸收效率的影响。简化的理论分析和计算结果,可以为非共振光声红外气体传感器的结构设计提供参考。

煤矿用非色散红外甲烷传感器测量结果不确定度评定

矿用非色散红外甲烷传感器是近几年煤矿井下普遍使用的一种先进的气体检测仪器,具有检测精度高,响应时间快,检测范围宽,性能稳定,不受检测环境中其他气体的干扰,寿命长等特点。随着矿用非色散红外甲烷传感器在煤矿安全监控领域得到广泛的应用,对计量检定中的测量结果准确度提出了新的要求。本文根据JJG(皖)37-2012《非色散红外甲烷传感器检定规程》、JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》,详细介绍了煤矿用非色散红外甲烷传感器示值误差测量结果的不确定度评定方法。

基于非色散红外吸收原理的可燃气体浓度探测仪研制

该文设计了一种基于非色散红外吸收原理(NDIR)的可燃气体浓度探测仪。设计了针对可燃气体特性的气体检测室,针对红外热释电探测器输出的特性设计了微弱信号放大电路,使用前端放大器对红外热释电探测器输出的微弱信号进行前端放大,然后对滤波放大后的信号进行采样转换。通过对不同浓度范围的标准可燃气体进行实验测量,拟合得到探测器输出的电压值之比和气体浓度之间的关系,并对可燃气体进行实时测量试验。验证了该检测仪在测量精度、范围等方面的优势。

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。

CMOS红外光源的设计与实现

基于红外气体传感器微型化、低成本和低功耗的发展需要,设计了一种用于非色散红外(NDIR)集成气体传感器的互补金属氧化物半导体(CMOS)红外光源。它以非等间隔的蛇形钨(W)薄膜电阻作为加热丝,以二氧化硅(SiO_(2))和氮化硅(Si_(3)N_(4))多层复合介质薄膜为支撑形成悬空膜片式微热板,以氧化铜(CuO)和二氧化锰(MnO_(2))纳米材料复合薄膜作为辐射增强层。基于COMSOL软件进行了热电耦合仿真,证明结构设计合理性。采用标准CMOS工艺、硅(Si)的深刻蚀工艺以及静电流体动力学打印技术流片制造了该CMOS红外光源芯片。性能测试结果表明:该红外光源从室温升温至469℃的热响应时间约为41 ms,电功耗仅为138 mW,辐射区温度分布均匀,引入辐射增强层使表面比辐射率提高约35%,红外光源的辐射功率和红外光谱辐射强度测试结果表明:该涂层有效地增强了红外辐射。

基于改进型BP神经网络的SF_6气体传感器

针对非色散红外SF_6气体传感器测量精度易受环境温度、气压影响的问题,提出采用混合粒子群优化-误差反向传播(PSO-BP)神经网络预测模型对环境温度、气压变化引起的测量偏差进行实时补偿,并与其他补偿方法进行分析比较。实验结果表明,该SF_6气体传感器在气体浓度0~1000×10^(-6)、温度10~40℃、气压100~120 kPa,相对测量误差为1.5%,检测精度小于±15×10^(-6),检测分辨率为1×10^(-6),有效地消除了环境温度、气压波动引起的非线性影响。相比于经验公式法和RBF神经网络补偿方法,该方法具有较高的测量准确度和稳定性,且无需增加电路模块,有利于降低传感器的体积和成本。

非色散红外CO_2飞机火警探测技术研究

提出了基于非色散红外吸收原理(NDIR)实时监测环境中CO2气体浓度变化进行火警探测的方法。根据高空大气环境的特殊性,探讨了基于NDIR的CO2气体探测技术应用于飞机上所面临的低温低压难题。进行了基于NDIR的红外CO2飞机火警探测器的两种结构设计,提出了基于CO2气体浓度监测的红外CO2飞机火警探测器的主要参数要求,研究了基于CO2浓度变化速率与变化值的火灾报警算法。

微型红外瓦斯浓度传感器的设计

设计了一种基于微镜阵与非色散红外瓦斯气体传感原理的长光程微型红外瓦斯气体浓度传感结构,该结构在有限面积内形成可靠光路,并可通过光纤网络连接和复用技术形成准分布式检测网络。该传感器不受外界电磁干扰,不会产生传感头催化剂中毒现象,具有较高的可靠性和稳定性等优点,适合井下长期监测和应急救援极端环境使用。

片上红外气体传感技术的研究进展(特邀)

片上集成的光波导气体传感器具有体积小、重量轻、功耗低、无需光路校准等优点,近年来光学气体传感器逐渐由体积较大的分立系统向片上集成系统演变。中红外波段的气体吸收系数大,但二氧化硅在中红外波段的损耗较大,所以常用的绝缘衬底上的硅材料体系不适用于中红外波段。因此,片上气体传感器需要采用硫系玻璃、锗等中红外透明材料来拓宽工作波段。同时,波导结构直接影响了气体对光的吸收,而且气体传感技术也会影响传感器性能。本文总结了基于红外吸收光谱的片上气体传感器的最新进展。介绍了片上气体传感方法、波导材料、波导结构、片上气体传感的理论和实验进展。阐述了矩形波导、狭缝波导、悬浮波导、微环谐振波导和光子晶体波导在片上气体传感领域的应用现状。最后对基于红外吸收光谱的片上气体传感器进行了展望。