文档介绍：第3 卷,第2期光谱学与光谱分析
2 年 2 月 SpectroscopyandSpectralAnalyss
,,pp570-573
February,2011
电调制非分光红外瓦斯传感系统设计
赵正杰1,刘东旭1,张记龙1,2,王志斌1,2,李晓1,2,田二明1,2
,山西太原 030051
,山西太原 030051
摘要基于气体红外光谱吸收原理,设计了一款电调制非分光技术的红外瓦斯传感器系统。该系统采用
单光路双波长技术,以红外 LED 光源IRL715、防尘防水的吸收气室和热释电探测器件 LIM-262 组成光学探
头,利用有源滤波和差分放大电路实现信号调理,采用二项式拟合瓦斯浓度-电压关系曲线,实现了对瓦斯
浓度的精确探测。实验表明,该传感器能够可靠检测 5% 范围的瓦斯气体,灵敏度达到 % ,具有良好的
一致性和适用性,初步具备了工业应用的条件。
关键词红外光谱吸收;电调制非分光;差分放大;二项式拟合
中图分类号: 文献标识码:A DOI:-0593(011)2-0570-04
,它们的吸收线强度之比为 1∶8∶1 420,瓦斯在
引言
近年来,瓦斯爆炸事故频频发生,给国家和人民生命财
产安全带来了巨大损失,安全生产形势十分严峻。目前,我
国煤矿大多采用载体催化元件对瓦斯进行监控,但存在使用
寿命短、稳定性和精度差等问题,而且容易产生催化剂中毒
现象[1]。其他几种瓦斯检测方法,如气敏半导体、电化学式、
光干涉[2-4]等也已不能满足瓦斯检测的需求,而红外吸收型
瓦斯传感器有稳定性好、精度高、使用寿命长、抗干扰能力
强、不受煤矿恶劣环境影响等优点, 成为现在研究的重
点[5,6]。
本文基于瓦斯气体在 处存在较强的吸收线[7],
采用红外吸收和差分检测原理,利用电调制光源,设计了一
款电调制非分光红外瓦斯传感系统,取得了良好的实验结
μm 处的吸收强度要远远大于其在 和 处吸收
强度。因此本系统中选择了 作为检测瓦斯的吸收波
长,其吸收光谱图如图 1 所示。
Absorpton pectum f ethane
果。
根据朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律,假定气体分子在波
1 甲烷气体红外检测原理
长λ处存在吸收峰,则有
( )
甲烷分子具有四个基频,全部位于中红外波段。波长分
别为 ,, 和 [8]。在近红外区,有
许多泛频带和组合带。气体分子的吸收谱线的强弱取决于气
体分子结构。
通过 HITRAN 数据库[9]可以查得甲烷在 , 和
处的线型强度 S 分别为 ×10-3,×10-2 和
式中,I()是透射光强,I ( )是入射光强,a( )为波长在λ
处的吸收系数,c 为待测气体浓度,l为吸收路径长度。
每种气体都有其特定的吸收峰,而对吸收峰以外波长的