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红外甲烷检测仪的响应时间建模与实验研究

光电子．激光 2015年第6期26卷 1030-1035页

作者：叶玮琳郑传涛王一丁汕头大学工学院广东汕头515063 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室吉林大学实验区吉林长春130012

针对研制的基于非对称椭球聚光镜/气室的红外甲烷（CH4）检测系统,利用菲克第一定律,建立了用于分析仪器响应时间的数学模型,在CH4气体由椭球气室内向气室外扩散和由气室外向气室内扩散两种情况下,推导得到了气室中实时CH4浓度与响应时... 详细信息

针对研制的基于非对称椭球聚光镜/气室的红外甲烷（CH4）检测系统,利用菲克第一定律,建立了用于分析仪器响应时间的数学模型,在CH4气体由椭球气室内向气室外扩散和由气室外向气室内扩散两种情况下,推导得到了气室中实时CH4浓度与响应时间的关系表达式,计算并分析了响应时间与气室结构参数、初始浓度以及目标浓度的关系。计算结果显示,仪器的10-90%的响应时间与气室的结构参数有关,而与气室内的初始浓度和目标浓度均无关。当长轴取为7.6cm、开孔直径分别为0.50cm和2.24cm时,计算得到的仪器响应时间约为9.42s。利用所制作的非对称椭球聚光镜/气室和CH4检测仪,分别测量了仪器的响应时间,仪器所处容器的浓度在0-10^-4间变化时,其上升和下降时间分别为7.25s和9.00s;仪器所处容器的浓度在10^-3-10^-2间变化时,其上升和下降时间均约8.25s。由于实验条件未能较好满足菲克定律要求,实验结果和理论计算结果存在一定的差异。尽管如此,本文给出的分析理论和相关模型,在估算具有类似气室结构的检测仪响应时间方面具有应用价值。

关键词：红外技术与应用甲烷(CH4)检测响应时间菲克定律

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中红外甲烷检测仪稳定性实验及温度补偿研究

光学学报 2014年第3期34卷 265-269页

作者：叶玮琳郑传涛王一丁汕头大学工学院广东汕头515063 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室吉林长春130012

利用甲烷分子在中红外3.31μm波段的吸收特性,设计并研制了一种便携式甲烷检测仪。为了研究仪器的稳定性,对其在体积分数为0×10-6气体下的输出电压信号做了长时间测试,结果显示,由于环境温度发生变化,半导体电子元件和光学元件参数以... 详细信息

利用甲烷分子在中红外3.31μm波段的吸收特性,设计并研制了一种便携式甲烷检测仪。为了研究仪器的稳定性,对其在体积分数为0×10-6气体下的输出电压信号做了长时间测试,结果显示,由于环境温度发生变化,半导体电子元件和光学元件参数以及甲烷分子吸收系数均发生漂移,使检测仪输出电压信号的相对漂移达1%。为了抑制温度变化对仪器检测性能的影响,进一步实验研究了仪器输出电压随温度的变化关系,并根据这一关系,对温度漂移造成的信号偏差进行了补偿。引入温度补偿后的实验结果显示,针对体积分数为0×10-6的样品气体,仪器输出电压每周相对波动从1%降至0.46%,体积分数波动范围从86×10-6降至37×10-6。针对体积分数为3250×10-6的样品气体,计算了仪器的阿伦方差曲线,当采样时间大于500s时,阿伦方差几乎趋于定值,其标准差小于10×10-6。因此,通过温度补偿,在一定程度上消除了环境温度的影响,从而改善了仪器的稳定性。

关键词：光电子学红外技术与应用甲烷检测温度补偿仪器稳定性

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近红外长光程激光调制吸收光谱甲烷检测仪

光电子．激光 2020年第1期31卷 21-26页

作者：齐海英郑传涛长春建筑学院电气信息学院吉林长春130607 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区吉林长春130012 吉林省红外气体传感技术工程研究中心吉林长春130012

甲烷(CH4)是一种温室效应气体且泄漏的甲烷会造成安全隐患,因此实时监测工业生产及大气中CH4浓度尤为重要。根据甲烷分子在近红外波段的吸收特性和长光程激光吸收光谱技术,本文研制了一种基于长光程多通池吸收气室的近红外激光甲烷检测... 详细信息

甲烷(CH4)是一种温室效应气体且泄漏的甲烷会造成安全隐患,因此实时监测工业生产及大气中CH4浓度尤为重要。根据甲烷分子在近红外波段的吸收特性和长光程激光吸收光谱技术,本文研制了一种基于长光程多通池吸收气室的近红外激光甲烷检测仪。该检测仪的光学系统采用分布反馈激光器作为光源,多通池气室的有效光程为16 m,物理尺寸为58×8×9 cm;在电学系统方面,编写了基于LabVIEW的数据产生、采集与处理程序,用于提取二次谐波信号、标定浓度和开展系统的稳定性测试实验。利用气体混合系统,配备了浓度为10-100×10-6(体积分数)的甲烷气体样品,开展了气体标定与性能测试实验。结果显示,当积分时间为0.1 s时,系统的检测下限约为70×10^-9;当积分时间为100 s时,该系统的检测下限可以降至5×10^-9。

关键词：光电检测红外技术与应用甲烷检测多通池气室

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一种中红外差分甲烷检测仪的研制

光电子．激光 2016年第4期27卷 366-373页

作者：郑悦党佩佩叶玮琳郑传涛王一丁吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区吉林长春130012 汕头大学工学院广东汕头515063

根据甲烷(CH4)分子在中红外波段的吸收特性并利用宽光谱红外热辐射光源(IR55),研制了一种基于中红外吸收光谱技术的双通道差分CH4检测仪。通过对双通道探测器(3.31μm和3.90μm)输出的两路信号进行差分处理,有效抑制了系统噪声。给出了... 详细信息

根据甲烷(CH4)分子在中红外波段的吸收特性并利用宽光谱红外热辐射光源(IR55),研制了一种基于中红外吸收光谱技术的双通道差分CH4检测仪。通过对双通道探测器(3.31μm和3.90μm)输出的两路信号进行差分处理,有效抑制了系统噪声。给出了系统的检测原理和结构,表征了光源和探测器的光学特性。为了提高聚光效率并增大光程,设计制作了球面反射镜开放气室,其半径约20cm。配备了16种不同浓度的CH4气体样品,开展了气体标定实验,得到了气体浓度与双通道信号幅值电压的关系表达式。误差实验结果显示,对1 6种气体样品的检测误差小于12.4%。对体积分数为5×10-4的CH4气体样品开展的长达10h的浓度测量实验表明,检测结果的相对波动范围为±10%。对测得的实验结果进行数理统计,其标准差为2.06×10-5,进而得到该检测仪的检测下限约为6.18×10-5。

关键词：光电检测红外技术与应用甲烷(CH4)检测气室优化