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非分光红外(NDIR)技术测定反刍动物甲烷和二氧化碳研究

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光谱学与光谱分析 2010年第6期30卷 1503-1506页

作者：丁学智龙瑞军米见对郭旭升中国科学院西北高原生物研究所青海西宁810008 兰州大学青藏高原生态系统管理国际中心甘肃兰州730020 兰州大学草地农业科技学院甘肃兰州730020 兰州大学生命科学学院甘肃兰州730020

反刍动物体内甲烷通过嗳气排入大气,它的产生损失6%～15%的饲料能量。应用非分光红外(NDIR)探测技术,采用电调制红外光源探测器及单光束双波长技术,实现了对反刍动物CH4和CO2痕量气体排放的实时长期自动超灵敏的监测。10只体况良好,体... 详细信息

反刍动物体内甲烷通过嗳气排入大气,它的产生损失6%～15%的饲料能量。应用非分光红外(NDIR)探测技术,采用电调制红外光源探测器及单光束双波长技术,实现了对反刍动物CH4和CO2痕量气体排放的实时长期自动超灵敏的监测。10只体况良好,体重相近(25±5)kg的成年羯羊作为供试动物,在隧道体系中进行连续80天的监测。结果表明,甲烷和二氧化碳气体的平均回收率分别为(96.7±6.6)%和(96.2±9.9)%,每只绵羊24h,CH4和CO2的平均排放量分别为15.6和184.7g.d-1,其年排放总量约为6.8和71.1kg,且测量的不确定性低于1%。因此该文用于反刍动物CH4和CO2排放的监测,实用可行、简单有效。

关键词：非分光红外反刍动物甲烷二氧化碳

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非分光红外甲烷传感器的研制

煤炭学报 2007年第11期32卷 1224-1227页

作者：吴永忠陈丹艳郭太峰程文娟徐海卫郑淑丽刘勤勤合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230009

矿用红外瓦斯传感器技术的难题是探测器输出信号微弱,光源电源波动、温度变化以及其它气体组分、水汽、灰尘等的干扰对测量精度会造成较大的影响.针对这些关键问题,讨论了数字化窄带滤波、双波长非分光测定技术等解决方案和相应的矿用... 详细信息

矿用红外瓦斯传感器技术的难题是探测器输出信号微弱,光源电源波动、温度变化以及其它气体组分、水汽、灰尘等的干扰对测量精度会造成较大的影响.针对这些关键问题,讨论了数字化窄带滤波、双波长非分光测定技术等解决方案和相应的矿用传感器电路结构,提出了基于朗伯比尔定律的温度补偿方法.经试验测试,传感器的研制实现了预期的目标.测量精度优于±0.1%,响应时间小于20 s,其它技术指标和功能均符合矿用标准.

关键词：非分光红外瓦斯气体传感器

具有温度补偿功能的非分光红外CO2气体传感器研究

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具有温度补偿功能的非分光红外CO2气体传感器研究

作者：张雅楠中北大学

学位级别：硕士

二氧化碳(CO)含量的监测是矿井工业开采安全的重要保障之一,丰富的矿井开采活动会释放大量CO,这将不可避免地增加煤矿事故的发生概率,为保证矿工的生命安全,及时检测CO的浓度对于矿井开采作业至关重要。本文基于非分光红外(NDIR)差分检... 详细信息

二氧化碳(CO)含量的监测是矿井工业开采安全的重要保障之一,丰富的矿井开采活动会释放大量CO,这将不可避免地增加煤矿事故的发生概率,为保证矿工的生命安全,及时检测CO的浓度对于矿井开采作业至关重要。本文基于非分光红外(NDIR)差分检测技术研制出一款精度高、响应速度快、稳定性好、大量程且适应多种环境条件变化的CO气体传感器,在此基础上搭建实验测试平台,通过一系列实验对其性能指标进行了分析,主要研究内容如下:(1)确定CO气体浓度检测总体设计方案。在对国内外气体传感器发展现状研究的基础上,根据红外光谱吸收原理,建立非分光红外差分检测模型,引入参考通道,有效提高了传感器的检测精度和抗干扰性。(2)制备双通道热释电探测器敏感元。通过减薄、抛光、溅射等工艺技术制备出钽酸锂晶体红外敏感元件。设计双通道反向并联式结构,实现光信号向电信号的转换。将敏感元、滤光片、前置放大电路通过TO5管壳进行封装,并对其进行电压响应率、噪声、比探测率性能的测试。(3)光学系统的搭建。选用电调制代替机械调制,提高了整个系统的稳定性;通过Solid Works完成了多次反射式气室结构的3D建模,并利用光学软件Trace Pro对其内部进行光路仿真,实现了红外光的充分吸收;采用3D打印技术制备气室模型,气室内壁镀金,用于防腐蚀处理;上层放置防水透气膜,用于防潮防尘处理。(4)硬件电路和上位机系统设计。硬件部分以STM32单片机为核心,针对红外光源特性,设计光源驱动电路实现电调制;针对探测器工作特性,设计信号调理电路实现对探测器输出微弱小信号的放大和滤波;针对传感器对温度的敏感性,设计了温度采集电路实现了对环境温度的实时采集;通过Lab VIEW软件设计CO气体浓度采集界面,实现上位机与单片机的信息交互。(5)搭建实验测试平台,采用0～5%浓度的标准CO气体进行了不同温度下的标定实验,探究温度补偿方法,并对传感器的精度、重复性、稳定性和响应时间指标进行了测试。实验数据表明:本课题设计的传感器通过温度补偿,可以准确检测0～5%浓度范围内的CO气体,在0～3%的浓度下,绝对误差可以控制在±0.1%以内,在3%～5%浓度下,绝对误差可以控制在±0.15%以内;整体相对误差值小于3%,且响应时间小于30s,具有良好的重复性与稳定性。本课题对设计非分光红外CO气体传感器的关键技术进行了详细阐述,达到了系统的预期性能指标,满足实时检测矿井等环境中CO气体浓度的需求,对后续研制高性能气体传感器的研究提供了实用的参考价值。

关键词：非分光红外气体传感器热释电探测器气室结构温度补偿

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非分光红外气体传感器研究进展

激光与红外 2021年第10期51卷 1272-1278页

作者：张清周李兵贺耀宜赵立厂胡文涛中煤科工常州研究院有限公司江苏常州213000 天地(常州)自动化有限公司江苏常州213000

介绍了非分光红外气体传感器的工作原理,将非分光红外传感器与常用气体传感器进行了对比分析。综述了非分光红外技术在光源设计、气室设计、探测器设计、信号处理及自组装多气体探测系统等关键技术的研究进展,为进一步提高气体检测精度... 详细信息

介绍了非分光红外气体传感器的工作原理,将非分光红外传感器与常用气体传感器进行了对比分析。综述了非分光红外技术在光源设计、气室设计、探测器设计、信号处理及自组装多气体探测系统等关键技术的研究进展,为进一步提高气体检测精度和响应提供了研究方向。提出了非分光红外气体传感器要朝着小体积、多功能集成、满足复杂应用环境的方向发展。

关键词：非分光红外气体传感器研究进展

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非分光红外CO浓度探测系统

仪表技术与传感器 2012年第9期 39-42页

作者：杜建华张认成靳宇丁环华侨大学机电及自动化学院福建厦门361021

介绍了基于非分光红外(NDIR)原理的CO浓度探测系统总体设计。采用新型红外光源和探测器对系统光学部分进行设计,通过低频电调制取代传统机械调制方法。讨论了光源恒压供电系统和信号滤波放大处理电路,开展了大量的实验验证研究。实验结... 详细信息

介绍了基于非分光红外(NDIR)原理的CO浓度探测系统总体设计。采用新型红外光源和探测器对系统光学部分进行设计,通过低频电调制取代传统机械调制方法。讨论了光源恒压供电系统和信号滤波放大处理电路,开展了大量的实验验证研究。实验结果表明该CO浓度探测系统准确可靠,可以满足工况场合下CO气体浓度测量分析的需求。

关键词：非分光红外 CO浓度数据采集

非分光红外CO_(2)数字传感器设计与实现

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电子器件 2021年第4期44卷 767-772页

作者：汪洁王晓荣梁宇南京工业大学电气工程与控制科学学院江苏南京211816

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... 详细信息

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。

关键词：非分光红外 CO_(2)数字传感器朗伯-比尔红外吸收定律软硬件设计工业检测

非分光红外SF6气体传感器及气压补偿方法研究

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非分光红外SF6气体传感器及气压补偿方法研究

作者：陈远鸣南京信息工程大学

学位级别：硕士

电力系统的快速发展使得绝缘、熄弧性能优异的SF气体得到了大规模应用。然而,SF气体在放电作用下易与空气中的微氧和水汽发生化学反应,生成的多种有毒和酸性物质会破坏电力设备的正常运转,严重威胁工作人员的生命健康。针对当前非分光红... 详细信息

电力系统的快速发展使得绝缘、熄弧性能优异的SF气体得到了大规模应用。然而,SF气体在放电作用下易与空气中的微氧和水汽发生化学反应,生成的多种有毒和酸性物质会破坏电力设备的正常运转,严重威胁工作人员的生命健康。针对当前非分光红外SF气体传感器在实际检测过程中因环境气压波动引起的非线性误差问题,本文提出了一种混合型PSO-BP神经网络气压补偿模型,利用其良好的非线性映射和泛化能力对环境气压造成的传感器检测误差进行补偿,实现对电力系统中SF气体浓度的精确检测,具体研究内容如下:1、简要介绍了几种典型SF气体传感器的测量原理,重点突出了非分光红外SF气体传感器的技术优势,并对其国内外研究现状和气压补偿方法进行了阐述;2、分析了红外光谱吸收原理,绘制了 SF气体的红外光谱图,并对其特征吸收峰进行了选定。基于非分光红外检测技术,设计了一种单光束双波长光路结构,有效消除了光路干扰、光源功率不稳及光电器件零漂等干扰。通过设计合理的光学气室,减小了红外辐射在传播过程中的损耗;3、搭建了非分光红外SF气体传感器测试平台,继而对传感器进行了定标实验,并据此获得了 SF气体浓度与相对吸收率之间的关系。此外,还进行了传感器受检测环境气压影响的验证实验,分析比对了 PSO-BP神经网络法与公式模型法、RBF神经网络法的气压补偿效果。实验结果表明,传感器在气体浓度0～2000ppm、气压100～120Kpa范围内的最大测量误差由626ppm降低至20ppm,相对标准偏差为1.32%,满量程精度为±1%FS,相对误差为2%。该SF气体传感器具有检测精度高、小型化程度好及抗干扰能力强等优点,在电力系统中具有广泛的应用前景。

关键词：六氟化硫非分光红外气体传感器 PSO-BP神经网络

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非分光红外的新型SF_6传感器设计

传感器与微系统 2016年第9期35卷 82-84,88页

作者：徐曦常建华薛宇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 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 南京信息工程大学滨江学院电子工程系江苏南京210044

系统采用单光束双波长的光路结构,结合测量通道和参比通道两路输出,有效增强了传感器的抗干扰能力和检测精度。利用新型电调制红外光源和高精度滤光片一体化的热释电红外探测器,辅以合理的气室结构设计,大大提高了系统的紧凑性与稳定性... 详细信息

系统采用单光束双波长的光路结构,结合测量通道和参比通道两路输出,有效增强了传感器的抗干扰能力和检测精度。利用新型电调制红外光源和高精度滤光片一体化的热释电红外探测器,辅以合理的气室结构设计,大大提高了系统的紧凑性与稳定性。在信号处理方面,利用超低功耗的单片机系统进行数据实时处理与显示。实验结果表明：该传感器能够准确检测0~2 500×10-6范围内的SF6气体浓度,分辨率为1×10-6,检测精度为2%FS。

关键词： SF6气体非分光红外传感器

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非分光红外车辆尾气传感器系统设计

传感器与微系统 2016年第2期35卷 130-132页

作者：张坤陈锋中国科学技术大学自动化系安徽合肥230026

非分光红外(NDIR)是一种利用气体对红外光的选择性吸收原理进行气体浓度检测的方法。利用NDIR分析方法,设计一种车辆尾气检测传感器系统,实现对大气中存在的汽车尾气进行检测与分析。该系统使用多窗口红外传感器组合,采用v支持向量回归... 详细信息

非分光红外(NDIR)是一种利用气体对红外光的选择性吸收原理进行气体浓度检测的方法。利用NDIR分析方法,设计一种车辆尾气检测传感器系统,实现对大气中存在的汽车尾气进行检测与分析。该系统使用多窗口红外传感器组合,采用v支持向量回归进行传感器建模。实验结果证明:该检测系统具有测量精度高、稳定性好和便于携带的特点,能够满足车辆尾气测量分析的需求。

关键词：车辆尾气非分光红外支持向量回归红外传感器