反射式红外甲烷传感器气室结构优化设计与仿真分析

甲烷易引发火灾和爆炸,可通过红外吸收式甲烷传感器进行实时检测。此类传感器的传感部分包括红外光源、热释电探测器、红外气室等部件。其中,红外气室的尺寸结构与元器件摆放位置直接影响传感器的检测精度。文章针对反射式红外气室模型,对相关元器件选型后进行建模与仿真,得到热释电探测器总接收光线率为54.3%,其中接收窗口接收光线率36%的优化结构模型。

低功耗红外甲烷传感器在煤矿安全监测中的应用优化研究

围绕低功耗红外甲烷传感器(GJG10H型)在煤矿安全监测中的应用进行深入研究,通过分析某煤矿安全监测项目,探讨传统监测系统的局限性、甲烷检测的挑战、现场环境对监测系统的影响以及安全监测数据处理和管理问题,进一步阐述GJG10H型红外甲烷传感器的工作原理、技术特征及优点,探讨其在智能化数据分析与预警、复杂矿井环境应对策略中的优化应用,旨在提供一种更高效、准确的煤矿甲烷监测方案,确保煤矿安全生产。

红外瓦斯传感器微弱信号处理电路设计

为提高红外瓦斯传感器的检测灵敏度和系统信噪比,基于微弱信号检测原理,采用单光路双波长的实验方案,设计了以差动放大电路为核心的微弱信号数据处理电路,提高了系统的检测灵敏度,电路结构简单、实用、可靠。在实验室条件下,对该系统进行了瓦斯浓度的性能测试,并对实验数据进行了数据拟合处理,给出了瓦斯浓度与电压的关系式。试验结果表明,该电路能够有效地提取瓦斯浓度变化量信息,满足系统要求的0.5%检测灵敏度。

红外检测瓦斯传感器的设计与实现

给出了一种基于非分散红外检测技术的瓦斯传感器设计方案与实现方法。该传感器具有自动抑制零漂、实时甲烷浓度检测、显示、超限报警、数据输出、参数调整等功能。红外气体检测使得信号基本上不受外界干扰,且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,特别适合于煤矿等恶劣工业环境现场。

基于红外差分检测的甲烷气体传感器

鉴于红外吸收法检测甲烷气体浓度时,误差的补偿是提高检测精度的核心。通常采用各种差分吸收技术来进行误差的补偿,减少各种干扰。基于红外差分检测原理,设计一种双波长差分甲烷传感器。利用旋转滤光盘控制滤波和光的通过,使测量光和参考光分时通过光路,实现了单光源单光路单探测器结构,消除了光源功率波动、光路损耗以及探测器的不稳定带来的误差,提高了检测精度。实验表明,在0～6%浓度范围内,该传感器最大相对误差小于1%。

非分光红外的甲烷传感器设计

介绍了国内常用的甲烷传感器及其优缺点,在此基础上设计了一种基于非分光红外法（NDIR）原理的甲烷气体传感器。针对红外探测器输出的特性设计了微弱信号放大电路,使用AD8552对红外热探测器输出的微弱信号进行放大,AD7190对滤波放大后的信号进行采样转换,采用软硬件相结合的方法来减少噪声干扰的影响。通过对不同浓度范围的标准甲烷气体进行实验测量,拟合得到探测器输出的电压差值之比和气体浓度之间的关系。根据得到的曲线和数据分析选择分段插值的浓度计算方法,实现了对甲烷气体进行实时测量的功能。给出该传感器在甲烷体积分数为0%～5.05%的测量结果。

新型非毒化红外瓦斯传感检测系统研究

提出一种基于非色散性红外检测技术的非毒化红外瓦斯传感器检测系统。它利用瓦斯气体对某一特定波长红外光吸收性能与瓦斯浓度之间存在的确定关系,通过测定特定波长红外光被吸收的程度反映瓦斯浓度值的原理进行工作。详细介绍了非色散性红外吸收气体检测原理,分析了脉动光源与热电探测器信号及热电探测器信号与气体浓度之间的关系,给出了瓦斯浓度的实用测量算法及传感器检测系统的软硬件设计方案。实测结果表明,该传感器检测系统具有标定周期长、测量精度高、不受其他气体影响和不会产生催化中毒等特点,其各项性能指标均已达到实际应用要求。

随钻检测用微型红外甲烷气体传感器

为了满足石油勘探过程钻井液中甲烷气体同步检测分析的需要,实现甲烷气体随钻检测的目标,本文设计了一种可集成于钻具内的随钻检测用微型红外甲烷气体传感器。首先利用Hitran数据库对甲烷气体的红外吸收峰进行了对比分析,确定了探测器滤光片的中心波长;然后利用光学仿真软件TacePro对腔体内的光线传播方向进行了光线追迹分析,并对到达探测器2个接收面的光强分布进行了模拟分析,确定了光学腔体设计的合理性,随后根据红外气体传感器的工作原理设计了相应的工作电路。测试结果表明该传感器对甲烷气体的检测精度在常温下优于0.5%F.S.,在120℃下优于0.8%F.S.;常温下实现了对甲烷饱和水溶液中脱出的微量甲烷气体的检测,可以满足甲烷气体随钻检测的需要,在石油钻井行业的随钻检气体测领域具有广阔的应用前景。

基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯光纤传感网络

基于气体在其特征吸收波长下光的吸收随浓度变化的原理,通过对甲烷气体红外吸收光谱的分析,设计了一套检测甲烷气体浓度的多点光纤传感网络。该系统采用分布反馈式半导体激光器(DFB LD)作为光源,高灵敏度、低噪声的InGaAs PIN作为光电探测器,结合空分复用技术复用了16个甲烷气体传感器,采用滤波、前置放大等电路对微弱信号进行处理,经PCI数据采集卡采集各路信号后,再用软件编写程序对采集信号进行快速傅里叶变换等分析。研究表明,该网络各传感器的灵敏度均达到200 ppm(μg.mL-1),长时间的精确度和稳定性均可满足实际要求,单个传感器的响应时间小于2 s,系统巡检一周的时间小于32 s。通过理论分析得出,该系统各传感器可放置于离地面20公里以上的矿井中,且该系统可在多场合进行多点的实时检测。

光纤甲烷气体传感器的研究

基于甲烷气体近红外吸收的机理,研究了一种高灵敏度易于实现的光纤甲烷气体传感器。分析了半导体激光器的调制特性和谐波检测的基本原理,建立了传感器的数学模型。系统采用分布反馈式半导体激光器做光源,气室采用小型渐变折射率透镜构成的气室,加入参考光路和参考气室,使光源输出的中心波长锁定在气体的吸收峰上,通过光源调制实现气体浓度的谐波检测,给出了甲烷气体测量的实验结果。

基于TSPSO支持向量机红外甲烷传感器动态补偿

针对红外甲烷传感器在矿井下使用易受周围恶劣环境因素影响的问题,提出了一种动态感知的双子群粒子群-支持向量机(TSPSO-ε-SVM)补偿算法对其进行动态补偿。TSPSO算法同时优化非目标环境变量和SVM参数,其寻优精度高、收敛速度快,并在此基础上建立了综合补偿数学模型。实验表明,该补偿算法回归拟合效果好,模型的测量精度高于一般的粒子群最小二乘支持向量机(PSO-LSSVM)模型。

新型光纤传感器的设计及其特性研究

采用由单片机、微弱信号放大电路、A/D转换电路、通信电路、显示电路、看门狗监控电路的组合技术,研制了一种新型测CH4体积分数的光纤传感器系统。该系统实现了对CH4体积分数的检测和显示,检测的灵敏度为1 460 ppm/m(1 ppm=10-6),同时可进行声、光报警,具有通信功能。同时测试了该系统的温度特性和湿度特性。实验表明:该传感器具有良好的反应曲线,温度系数为0.8%/℃,其稳定性和灵敏性都大大提高。在煤矿瓦斯监测、大气环保监测、天然气泄漏监测等方面都具有广泛的应用前景。

非色散性智能红外瓦斯传感器的研究

提出一种基于非色散性红外检测技术的非毒化红外瓦斯传感器。它利用瓦斯气体对某一特定波长红外光吸收性能与瓦斯浓度之间存在的确定关系,通过测定特定波长红外光被吸收的程度反映瓦斯浓度值的原理进行工作。详细介绍了红外吸收气体检测原理、脉动光源与热电探测器信号的关系,给出了瓦斯浓度的实用测量算法及传感器系统的软硬件设计方案。具有标定周期长、测量精度高、不受其他气体影响和不会产生催化中毒等特点。

红外传感器用于断层气体测量

介绍新型红外气体观测仪的结构、主要技术指标、优缺点以及解决其不足之处的方法;通过分析红外气体观测仪在台站试验中取得的观测数据,探索出一种将红外气体传感技术应用于断层气观测的新方法。

红外甲烷传感器检测中的算法研究

针对在红外甲烷气体检测中处理数据精度不高的问题,通过对最小二乘法曲线拟合进行分析,阐述了在红外甲烷检测中使用最小二乘法拟合所存在的问题,提出了一种改进的分段最小二乘法。并根据试验中测试的数据对两种拟合方法进行了分析及对比研究。试验证明:分段最小二乘法可有效提高气体检测的测量精度。

差分红外型甲烷浓度光纤网络传感系统的研究

基于甲烷气体在其特征吸收波长下光的吸收程度随浓度变化的机理和差分吸收测量方法,结合空分复用技术和长光程吸收池技术,并考虑煤矿矿井中环境的特点,复用多个气体吸收型光纤传感器.介绍了利用差分红外光谱方法测量矿井中甲烷浓度的光纤网络传感系统的工作原理,给出了系统的结构框图.实验表明,吸收气室光程长为20 cm时,该传感器的检测限为4.278 m g/m3,精确度和稳定性可以满足实际要求,可在不同场合进行多点在线测量.

矿用红外甲烷浓度测试仪的设计

针对当前煤矿所使用的甲烷传感器存在的问题,设计了一款矿用红外甲烷浓度测试仪。利用红外技术检测矿井下的甲烷浓度,利用单片机做核心对数据进行处理,采用双光源双探测器光路结构,提高了测试仪的稳定性和测量精度,延长了传感器的使用寿命,可适用于煤矿等恶劣工业环境现场的甲烷监测。

红外甲烷传感器非线性动态补偿的研究

红外甲烷传感器作为瓦斯监测主要传感器之一,非线性动态影响到它的测量准确度和测量范围,不利于安全生产。针对这一问题,采用最小二乘支持向量机非线性动态方法对传感器进行补偿,并对算法予以改进。通过仿真实验加以比较,实验结果表明:基于改进最小二乘支持向量机非线性动态补偿,传感器测量准确性和测量范围大大提高,对促进安全生产有积极的作用。

基于ABC-PSO的ε-SVM在甲烷测量中的应用

针对红外甲烷传感器在工业现场测量时易受到温度、湿度以及类似气体等非目标变量的影响,提出了一种基于人工蜂群和粒子群混合优化算法(ABC-PSO)的支持向量机模型(ABC-PSO-ε-SVM)对其进行校正。将ABC算法与PSO算法并行组合构成混合优化算法,能够感知非目标变量的变化,快速、准确地搜索到SVM参数。实验中,采用红外甲烷传感器对0%~5.05%浓度的16组标准甲烷气体进行测量,将其中11组数据作为训练集,5组数据作为测试集,建立ε-SVM回归校正模型并进行预测。结果表明:模型的回归拟合效果好,预测精度比单一优化算法的SVM模型高。

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。