光声气体传感器环境适应性研究

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环境适应性是光声气体传感器的重要特性,是光声气体传感器能否投入使用的关键。通过环境分析、环境适应性设计及环境适应性试验,本文较系统地研究了光声气体传感器的环境适应性。   结合光声气体传感器的原理、系统结构及主要应用场合进行了环境剖面分析,分析表明振动、温度、湿度、腐蚀性气体、背景气体、压强、噪声、粉尘、电磁干扰和气体易燃易爆等环境因素均对光声气体传感器寿命期内的功能和性能产生影响。在此基础上,确定了环境适应性设计的内容和环境适应性试验的对象。   采用波长调制光谱技术(WMS)以改善光声气体传感器对噪声和温度敏感的特性。在WMS理论的基础上,提出了用气体实验数据拟合激光器电流调制系数和温度调制系数的方法,结合仿真确定了WMS的调制参数和谐波检测的特征量,通过对比实验验证了WMS具有较强的温度适应性。采用共振频率跟踪技术监测环境因素引起的共振频率变化,提出了采用激励源发声,锁相放大器检测接收信号幅值进行共振频率跟踪的方法,实验证明该共振频率跟踪的精度为2Hz。   对温度、湿度及背景气体进行环境适应性试验。理论分析了这三个因素对气体检测过程的影响。以CH4为实验气体,实验模拟了温度和背景气体变化对共振频率及光声信号幅值的影响,针对光声信号幅值的变化提出了相应的标定方法。提出了以标准声源发声,实时测量微音器灵敏度的方法消除湿度对光声信号幅值的影响;通过实验模拟湿度变化,证实了该方法的可行性和有效性。
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