红外吸收型气体传感器详解课件.ppt

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1、红外吸收型气体传感器目录一、目的和意义二、含义及主要分类三、原理分析四、甲烷浓度检测仪五、实验分析六、最新消息一、目的和意义众所周知，气体与我们的日常生活紧密相关，随着科学技术的进步和人民生活水平的不断提高，气体检测在人们日常生活、农作物种植、资源开发以及环境保护等方面的作用越来越大。二、含义及主要分类定义：气体传感器是一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用信息的装置。主要产品：1、半导体气体传感器2、电化学气体传感器3、催化燃烧式气体传感器4、固体电解质气体传感器………….红外气体传感器红外气体传感器是一种基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特

2、性，利用气体浓度与吸收强度关系（朗伯-比尔Lambert-Beer定律）鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。特点：应用广泛灵敏度高稳定性好不易中毒………………….三、原理分析红外光谱法由于不同气体具有自己独特的分子结构，即具有自己的红外吸收光谱带，并且气体对红外光的吸收强度也与其浓度有关，浓度越大，气体对红外光的吸收强大越大。因此通过检测通过气体室前后的光强即可测得气体的浓度。Lambert-Beer定律待测气体对红外光的吸收服从Lamber-Beer定律，入射光强度I和出射光强度I’关系表达式如下：I’(λ)=I(λ)exp(-KCL)I’(λ):出射光强度I(λ):入

3、射光强度K:比例系数C:待测气体浓度L:红外光透过气体的厚度对于一个固定的气体室来说，K和L的值是确定的范围：(1)吸光质点之间无相互作用(2)吸光物质为均匀非散射体系(3)辐射与物质之间的作用仅限于光吸收，无荧光和光化学现象发生基本测量方法1、直接吸收检测法2、差分检测法单波长双光路法红外光源发出的光分成两路分别进入待测气体室和参考气体室，参考气体室内一般装入的是不含待测气体的空气。C’为参考气体室中待测气体的浓度，所以C’=0.两个气体室的红外光由同一光源发出，并且通过气体室前的光强相同，即从而可得因为通入气体室的红外光来自同一光源，并且检测通过气体室后的红外光强的传感器

4、特性相同，所以由于红外光源的波动、温度漂移、器件的漂移等因素对两路实验的影响是相同的，待测气体的浓度的大小与二者的比值成正比，这样以上因素对两路信号的影响就抵消掉了，降低了测量的误差，从而提高了检测结果的准确性。双波长单光路法传感器的结构设计优点：(1)选择性好(2)不易受有害气体的影响而中毒、老化(3)响应速度快、稳定性好(4)防爆性好(5)使用寿命长、应用范围广四、甲烷浓度检测仪1、气室长度为了提高传感器的灵敏度，需要尽量增加气室的长度，以保证红外辐射被气体充分吸收，然而随着气室长度的增加，探测器输出的强度也逐渐减小。考虑到上述两方面的要求，气室的长度定为4cm。2、光源

5、选择激光红外光源、发光二极管、白炽灯德国PerkinElmer公司的IRL715中红外光源,是一种白炽灯泡，它发出的光覆盖可见光到4.4μm的波段，于甲烷在3.3μm附近存在强吸收峰，所以它适合作为红外甲烷气体传感器的红外辐射激励源。直径只有3.17mm，采用玻璃封装，额定工作电压为5V额定电流为115mA。系统设计3、红外探测器的选择红外光子探测器：光导探测器、光伏探测器、光电磁探测器红外热探测器：热敏电阻型探测器、热电偶型探测器、热释电型探测器。光子探测器具有波长的选择性，光谱响应范围比较小，单一种类的光子探测器不太适合多波段红外光的测量。热释电探测器具有探测率高、频率响

6、应范围宽、响应速度快等优点，因此甲烷传感器采用双光路热释电探测器PYS3228。PYS3228是具有参考通道和测量通道的双路热释电探测器。其内部集成了两个将红外辐射能量转化为电压信号的焦热电元件，在封装外壳开了两个窗口，在两个焦热电元件前分别装配了两个窄带滤光片，中心波长分别为3.39μm和4μm。红外吸收型甲烷浓度测量仪以美国微芯公司的PIC16F877单片机为控制核心。整体电路主要以下几部分组成：MCU、系统电源电路、光源驱动电路、基本放大电路、驱动显示电路ZLG7290、声光报警电路、人机接口电路和光源驱动电路。硬件电路光源驱动电路采用555定时器发出1Hz的方波来驱动

7、光源通信电路在要求通信趾离为几十米到上千米时，广泛采用RS一485串行总线标准。RS一485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至20OmV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。声光报警电路NPN三极管采用9013进行驱动,其中Rl一R4为限流电阻，防止蜂鸣器和发光二极管电流过大烧坏元器件。软件设计主要为：驱动程序、显示程序、数据处理程序、仪表功能程序五、实验分析系统零点标定实验使用纯氮气进行零点标注。向气室内通入一定时间的氮气后，气室内的CH4气体