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基于NDIR技术的双组分气体传感系统的设计与实现

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基于NDIR技术的双组分气体传感系统的设计与实现

作者：赵勇毅南京信息工程大学

学位级别：硕士

随着我国经济的飞速发展,能源的需求量日渐增长,煤炭在我国的能源结构中有着无法撼动的地位。瓦斯是煤矿开采中各种有害气体的总称,其最主要的成分是CH与CO,瓦斯浓度过大易造成爆炸或人员窒息,为保证煤矿开采时工作人员的安全,对两种气... 详细信息

随着我国经济的飞速发展,能源的需求量日渐增长,煤炭在我国的能源结构中有着无法撼动的地位。瓦斯是煤矿开采中各种有害气体的总称,其最主要的成分是CH与CO,瓦斯浓度过大易造成爆炸或人员窒息,为保证煤矿开采时工作人员的安全,对两种气体浓度进行检测至关重要。本文基于非分光红外技术(NDIR)开发了一款高精度、低成本、小型化的双组分气体传感系统,具体研究如下:在光学气室的设计中,利用Solid Works完成了包括直射式、反射式、双椭球式三种不同气室结构的3D建模,并利用光学软件Light Tools对其内腔中光路的传输进行了光学仿真与对比分析,进行了参数的确定,在绘制气室3D模型图的基础上采用3D打印技术制得气室模型。在硬件电路设计中,完成了供电电路、电压调理电路以及光源驱动电路的设计。通过结合外接电压与单片机定时器输出的方波脉冲,实现了光源的调制;红外探测器输出的电压信号经过放大、滤波处理达到可被微处理器识别的阈值;微处理器通过拟合函数可将电压数据转换为浓度信息,并传输至上位机系统。上位机系统部分,使用Qt平台实现计算机与微处理器的信息交互。结合单片机内置的可实现信息传输的串行通信模块,选定串口通信协议为RS232,通过串口数据的读取,在上位机数据采集界面实现了数据显示、浓度时间曲线的绘制等功能。搭建了双组分气体传感器测试平台的搭建,进行了精度测试、重复性实验以及稳定性测试。测试结果显示:本次设计的双组分气体传感器在0-2000 ppm量程范围内相对误差均控制在4.5%以内,且具有较好的重复性与稳定性,可满足双组分气体检测的实际应用需求。

关键词：非分光红外双组分光学仿真气体传感器

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便携式非分光红外SF_6气体检测方法研究

应用光学 2018年第4期39卷 545-550页

作者：沈婉常建华赵勇毅赵正杰裴昱南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室江苏南京210044

为了满足电力系统中对SF_6气体精确测量的需求,基于非分光红外差分检测原理,设计了一种便携式的SF_6气体传感器。系统采用单光束双波长结构,对直射式和梯形反射式气室进行光学仿真,最终确定了气室类型,提高了系统的紧凑性和灵敏度。在... 详细信息

为了满足电力系统中对SF_6气体精确测量的需求,基于非分光红外差分检测原理,设计了一种便携式的SF_6气体传感器。系统采用单光束双波长结构,对直射式和梯形反射式气室进行光学仿真,最终确定了气室类型,提高了系统的紧凑性和灵敏度。在电路方面设计了一种小信号放大滤波电路,有效地将有用信号从噪声中提取出来;传感器采用高精度高性能模数转换器将模拟电信号转换为数字信号送入单片机处理,大大提高了检测精度。实验结果表明,该传感器能够准确检测体积分数为0~2×10-3范围内的SF_6气体,满量程精度可达4.2%。

关键词： SF6气体气室仿真放大滤波 AD转换

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走出去的中国对外劳务

国际工程与劳务 2003年第10期 15-17页

作者：许丹松赵勇毅国际贸易经济合作研究院

基于RBF神经网络气压补偿的非色散红外SF_6气体传感器

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应用光学 2018年第3期39卷 366-372页

作者：裴昱陈远鸣卞晓阳赵勇毅赵正杰常建华南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室江苏南京210044

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... 详细信息

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。

关键词：非色散红外气体传感器 RBF神经网络气压补偿

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菲律宾海外就业情况及政府的促进措施

国际工程与劳务 2003年第6期 42-44页

作者：许丹松赵勇毅

基于中红外DFG光源的甲烷气体光谱检测方法研究

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应用光学 2018年第5期39卷 735-742页

作者：房久龙常建华戴峰刘振兴豆晓雷赵勇毅南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室江苏南京210044

基于中红外光源的气体光谱检测是新的痕量气体监测与分析方法,在大气监测领域具有重要的应用。构建了一套基于中红外DFG光源的甲烷气体光谱检测系统。该系统以1 550nm和1 060nm波段可调谐半导体激光器作为基频光源,采用PPLN晶体作为差... 详细信息

基于中红外光源的气体光谱检测是新的痕量气体监测与分析方法,在大气监测领域具有重要的应用。构建了一套基于中红外DFG光源的甲烷气体光谱检测系统。该系统以1 550nm和1 060nm波段可调谐半导体激光器作为基频光源,采用PPLN晶体作为差频非线性变频器件,实现了3.3μm处的窄线宽可调谐中红外光源输出。实验结果表明,当PPLN晶体工作温度为99.5℃时,闲频光的输出功率为112μW,差频转换效率达到1.246mW/W2。晶体的温度接受带宽为4.3℃,泵浦光波长接受带宽为5.3nm。在此基础上,分别利用直接吸收法和谐波检测法获得了3 028.751cm-1处的甲烷气体吸收光谱和二次谐波检测信号。

关键词：中红外甲烷气体差频产生直接吸收二次谐波检测

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2001年美国承包商400强概况

国际经济合作 2001年第8期 20-20页

作者：赵勇毅外经贸部国际贸易经济合作研究院

近几年来,建筑市场非常火爆.但在过去的一年里,由于经济增长速度减缓,股票交易市场波动,高科技板块股票价格不稳,使得建筑市场发展也日渐缓慢.

关键词：承包商营业额承包公司美元本位币美国美利坚合众国北美洲

矿井内CH4与CO2双组分NDIR传感器的设计与实现

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红外技术 2019年第8期41卷 778-785页

作者：赵勇毅常建华沈婉赵正杰房久龙南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室江苏南京210044

为了实现对矿井有害气体的有效监测和控制,本文基于非色散红外(NDIR)原理,设计了一种双组分气体传感器。重点提出了一种反射式气室,然后利用光学仿真软件LightTools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4个接收面... 详细信息

为了实现对矿井有害气体的有效监测和控制,本文基于非色散红外(NDIR)原理,设计了一种双组分气体传感器。重点提出了一种反射式气室,然后利用光学仿真软件LightTools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4个接收面的光强分布进行了模拟分析,验证了该气室的可行性与优越性。在器件上选用电调制红外光源和热释电探测器,由单片机处理电信号并输出气体浓度信息,大大提高了检测精度。实验结果表明,该传感器能够准确检测0~2000ppm范围内的甲烷与二氧化碳气体浓度,满量程精度可达4.5%。可以满足矿井内甲烷、二氧化碳气体浓度检测的需要,具有广阔的应用前景。

关键词： NDIR 双组分光学仿真气体传感器

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加强对外贸易促进服务工作的思考

国际贸易论坛 2003年第6期 22-28页

作者：沈丹阳邢厚媛赵勇毅国际贸易经济合作研究院