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%。

非分光红外CO_(2)数字传感器设计与实现

针对市面上非分光红外CO_(2)数字传感器在小型化、数字化、模块化和国产化等方面发展不尽人意。基于不同气体分子的红外光谱吸收特性,利用朗伯-比尔红外吸收定律,运用电子学、机械学和光学等多门学科,对非分光红外CO_(2)数字传感器进行设计。整体方案设计主要内容包括光源选择、探测器选择、光学气室设计、硬件电路设计、软件设计。通过实验检测,测量结果完全达到设计要求,精度不低于±1×10^(-4)、测量范围1×10^(-5)~4.7×10^(-3)。结果表明,仪器测量范围广、精度高、预热启动时间短、成本低和模块化。

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。

I^2C总线数字式温湿度传感器SHT11及其在单片机系统的应用

SHT11是瑞士Sensirion公司生产的具有I2C总线接口的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器。该传感器采用独特的CMOSensTM 技术 ,具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换的特点。文中对传感器的性能特点、接口时序与命令进行了详细的阐述 ,给出了SHT11与单片机的接口电路及相应程序。

基于HY11P12单片机的数字压力传感器的设计

为了可靠、稳定的测量压力数据,采用HY11P12单片机和US9011压力传感器设计了一种低成本、智能化的数字压力传感器;主要介绍了数字压力传感器的硬件组成与软件设计,详细阐述了读数滤波方法和采用RBF网络模型温度补偿的方法,并对不同温度下不同压力值做了测试;测试数据与25℃的标准值比较,压力低于4bar时不同温度下偏差均低于0.02bar,压力超过4bar时偏差略有增大,但也低于0.04bar,测试结果表明该数字压力传感器精度较高,温度稳定性较好,再加上成本低、智能化的特点具有很强的实用性。

单片机与数字式温湿度传感器SHT11虚拟I^2C总线设计

SHT11是瑞士Sensirion公司生产的具有I2C总线接口的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器。该传感器采用独特的CMOSensTM技术,具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换的特点,但对无I2C总线接口的单片机却无法与之直接相连。可借助通用I/O口线来虚拟I2C总线,即采用虚拟I2C总线协议的编程方法实现与之接口。

数字式I^2C总线温度传感器DS1624在温度检测中的应用

本文介绍了数字式温度传感器DS1624的特性,工作原理,以及在温度检测系 统中的电路设计、软件设计,并讨论了使用中的注意事项。

借助数字传感器研究压强对化学平衡影响的不合理性——以2NO_(2)■N_(2)O_(4)为例

目前许多高中化学课堂教学和文献以2NO_(2)■N_(2)O_(4)平衡体系为例研究压强对化学平衡的影响并设计相关实验,存在不合理之处。因为压强改变时,体系的温度也会发生变化,而且动力学实验证明,2NO_(2)■N_(2)O_(4)的反应速率是很快的,在气体压缩的同时就达到新的平衡,不存在由旧平衡到新平衡的“过渡态”。在实验过程中观察到的现象很可能是温度变化对平衡产生了影响。通过数字化压强传感器分别测定压缩;NO■;N;O;平衡体系和空气过程中气压的变化,并进行了3次平行实验,发现二者变化趋势一致,由此证实了猜想。

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.

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%。

半导体电阻型CO_(2)传感器研究进展

半导体金属氧化物表面与气体相互作用的同时可促使材料内部载流子迁移或转化,进而影响材料导电性能,使其表现出气体敏感特性。利用n型、p型半导体金属氧化物导电性能与二氧化碳(CO_(2))含量之间的变化关系,开展了大量电阻型CO_(2)传感器应用探索。通过构建半导体金属氧化物异质结构,降低传感器工作温度的同时,提高传感器选择响应特性。钙钛矿型复合氧化物半导体也表现出CO_(2)敏感特性,基于这些半导体与CO_(2)相互作用后电阻的变化,可以大大拓展电阻型CO_(2)传感器的探索范围,是极具活力的CO_(2)传感器研究领域。

红外CO_(2)传感器温湿度补偿方法研究

为提高非色散红外(NDIR)CO_(2)传感器测量精度,基于原理分析了温度、湿度对测量精度的影响;进行了实验对比与验证,提出了基于贝叶斯优化的XGBoost(Bayesian-XGBoost)补偿模型。实验结果表明:在测试样本中,模型补偿后的均方根误差(RMSE)为20.98×10^(-6),平均绝对误差(MAE)为13.29×10^(-6),绝对误差小于±60×10^(-6);与反向传播神经网络(BPNN)、传统XGBoost模型相比,所提的模型精度更高。将算法模型嵌入传感器中并进行测试,补偿后传感器输出值绝对误差小于±110×10^(-6),测量精度得到了较好提升。

Co_(2)NiO_(4)@碳布复合电极的制备及其在葡萄糖传感器中的应用

为了获得传感性能优异的无酶葡萄糖传感器的电极材料,采用水热法在碳布(CC)表面原位生长纳米针状的前驱体,再通过热处理得到Co_(2)NiO_(4)纳米针状阵列,构建Co_(2)NiO_(4)@CC复合电极体系。采用XRD、SEM和BET对该复合电极材料进行物相、形貌与结构表征。在0.10 mol/L氢氧化钠溶液体系中,采用自主搭建的测试平台进行葡萄糖检测。结果表明:Co_(2)NiO_(4)@CC电极对葡萄糖表现出较高的灵敏度29.72μA/(mM·cm^(2))和良好线性响应0.01 mol/L~11.50 mmol/L;根据信噪比S/N=3,计算出检测限为1.65 mol/L,并且表现出良好的重复使用性和选择性。本文为复合型无酶葡萄糖传感材料的研究提供了新的设计思路。

I^2C总线CMOS型PB-0300数字图像传感器

介绍CMOS型数字图像传感器PB-0300的性能特点、功能设置、与MCS-51系列单片机的接口电路及编程技术。

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CFD仿真的室内CO_(2)浓度传感器代表位置预测研究

由于室内环境参数存在时间和空间上分布不均的特征,尤其对于开敞空间,通常需要在空间中均匀布置较多的环境传感器以满足环境监测的准确性要求。但这也带来了较高的传感器设备投入和维护成本。针对典型开敞办公空间,以室内 CO_(2 )浓度监测为例,提出采用若干典型工况的事前 CFD 仿真结果预测空间中可以动态反映室内平均 CO_(2) 浓度水平的代表测点位置。通过长时间多点位 CO_(2) 浓度的实测验证,发现基于 CFD 结果预测的代表测点位置与实际数据确定的位置较为接近,可满足工程应用的需求。所提出的方法对于只需要确定开敞空间环境参数空间平均值的应用场景具有较高的参考价值。

基于La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)/Ag双相复合敏感电极的NO_(2)传感器研究

为了提高NO_(2)传感器的敏感性能,采用自分相法制备La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)(LSCF)和LSCF+0.050Ag,LSCF+0.075Ag,LSCF+0.100Ag双相敏感电极,并以YSZ为固体电解质,制备阻抗谱型NO_(2)传感器,研究Ag的掺杂量对传感器性能的影响。结果表明,与Z',Z″,|Z|相比,θ作为响应信号时传感器的响应恢复时间更短、响应信号更稳定;以θ为响应信号,基于LSCF,LSCF+0.050Ag,LSCF+0.075Ag和LSCF+0.100Ag敏感电极的传感器在450℃最佳工作温度下的灵敏度分别为11.12°,11.28°,13.62°和9.56°/10,其中LSCF+0.075Ag表现出更高的灵敏度,表现出优异的重现性和长期稳定性;此外,传感器对CH_(4),CO_(2),H_(2),CO和NH_(3)表现出优异的抗干扰性能。因此,采用自分相法制备第二相分布均匀、催化活性优异的双相敏感电极材料,有效提升了传感器的灵敏度及选择性,可为高性能NO_(2)传感器的制备提供新思路。

新型固体电解质CO_(2)感器及其特性

介绍了一种以固体电解质ＮＡＳＩＣＯＮ为导电介质，以ＢａＣＯ３－Ｌｉ２ＣＯ３复合碳酸盐为电极材料的新型ＣＯ２传感器的结构与性能。在１０－４～１０－２ＣＯ２体积比浓度范围内，器件的输出电动势（ＥＭＦ）与Ｎｒｎｓｔ方程符合得很好，并呈现出迅速的响应恢复性能。由于复合碳酸盐辅助电极的使用，器件的耐水性有了很大提高，而在封装中采用活性炭过滤层结构可使器件的选择性得到改善。

SCD40 CO2和数字温湿度传感器

盛思锐宣布推出第一款微型化CO2和数字温湿度(RH/T)传感器SCD40,可嵌入仅1cm^3的空间。这款突破性创新传感器基于光声传感原理,将最小尺寸与最大性能相结合,开辟了众多集成应用新可能。凭借前所未有的性价比,SCD40特别适用于大批量和成本敏感的应用。