气体红外吸收的气动型探测方法研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shouquanwenjian
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人类面临的环境恶化问题日益严重,尤其是大气中的气体污染物直接影响着人类的生产与生活。虽然气体污染物的检测手段众多,但NDIR方法由于其诸多的优势而受到广泛关注。作为NDIR探测方法的一支,气动型探测方法自其出现至今,随着技术与工艺的进步,已经得到了极大的发展与改进。而目前国内在这方面基础还比较薄弱,所以本文对此项技术进行了一些研究与探讨。首先,从系统层面分析了光源发射特性、样品气室内壁反射率、光路长度等对样品气体红外辐射吸收牢的影响,为设计性价比更高的仪器提供了参考准则;其次,在探测器层面对气体吸收调制红外光后密封腔室内的气压变化进行了理论分析与计算,研究了气压变化幅值与吸收腔长度和调制频率的关系。信号幅值与调制频率成反比,而随吸收腔长度变化,信号幅值存在极大值。在理论分析基础上,研制了两种气动型探测器,即光声探测器和微流探测器,选择驻极体麦克风和微流传感器,分别设计加工了单腔室和双腔室非共振光声探测器、前后腔室和同心腔室微流探测器。使用斩波器对所制作的光声探测器进行了频率响应测试,双腔室探测器信号幅值比单腔室的大数倍,而且低频响应稍好。使用MEMS红外光源和所制作的光声探测器组建了一套简易气体测试系统,通过C8051F060单片机进行光源调制和探测器信号采集,并通过串口将数据发送给PC机,由使用LabVIEW软件编写的程序进行数据处理与结果显示。进行实际气体测试时,MEMS光源的调制特性和麦克风的频率响应使得探测器存在一个最佳的工作频率,在此频率下分别对CO2、SO2、CH4气体进行了响应测试,得到的系统的检测限分别为6.3μL/L、9.6μL/L和120μL/L。
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