對(duì)于二氧化碳傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的淺分析-全文預(yù)覽
【正文】 物質(zhì)的不同而存在差異 的原理實(shí)現(xiàn)的，它通過(guò)濾波處理，配合以溫度補(bǔ)償、放大等信號(hào)處理 將CO2的體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并經(jīng)過(guò)放大后輸出。當(dāng)氣室內(nèi)的CO2濃度為零時(shí)，傳感器將檢測(cè)到所有強(qiáng)度的紅外光。在測(cè)量過(guò)程中該熱電堆傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)并輸出兩路毫伏級(jí)電壓信號(hào)，以此來(lái)提取濃度信號(hào)。在保證輸出信號(hào)強(qiáng)度的前提下，盡可能地縮短氣室長(zhǎng)度，最后，將氣室設(shè)計(jì)為 2cm 長(zhǎng)。同時(shí)，IRL715 的玻璃外罩可以濾去5um以上紅外光對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，從而增加了傳感器吸收帶寬的發(fā)射率并且降低了帶寬之外的發(fā)射率，最大化有用帶寬的比例，提高性噪比。圖51 測(cè)量裝置的組成框圖 非分光紅外吸收CO2硬件電路包括：該檢測(cè)電路由紅外CO2傳感器、放大電路、數(shù)字濾波電路、穩(wěn)流電路、A／D 轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)采集系統(tǒng)、溫度補(bǔ)償電路等組成。在實(shí)際環(huán)境中，由于光強(qiáng)受到外界環(huán)境的影響比較大，并且不易測(cè)量，因此，需要采用比值法消除其影響。 雙通道探測(cè)器的工作原理當(dāng)紅外光通過(guò)待測(cè)氣體時(shí)，氣體分子對(duì)特定波長(zhǎng)的紅外光進(jìn)行吸收，且光的吸收滿足BeerLambert定律，即：I1=I0eKCL (3)式中，K吸收系數(shù)；C—?dú)怏w濃度；L氣室長(zhǎng)度，I0一入射光強(qiáng)度；I1一出射光強(qiáng)度。所謂熱釋電效應(yīng)，就是指當(dāng)紅外光照射到物體上時(shí)，物體表面溫度的快速變化使得晶體自發(fā)極化強(qiáng)度發(fā)生改變，表面的電荷也隨著發(fā)生變化。光電導(dǎo)探測(cè)器的主要是利用內(nèi)光電效應(yīng)的原理工作。(1)光電導(dǎo)型紅外探測(cè)器光電導(dǎo)型探測(cè)器是基于光電導(dǎo)效應(yīng)工作的。圖42 雙波長(zhǎng)單光路差分法原理框圖如圖42 所示，是雙波長(zhǎng)單光路差分檢測(cè)法的原理框圖，紅外光源發(fā)出的光進(jìn)入探測(cè)氣室，經(jīng)過(guò)氣室到達(dá)分束器，分束器將光束分成兩束，這兩束各自通過(guò)中心頻率為和的干涉濾光片，然后照射在光電探測(cè)器上，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。單波長(zhǎng)雙光路差分測(cè)量法的原理框圖如圖41所示，兩路的輸出信號(hào)分別為il、i2。下面對(duì)這兩種測(cè)量方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。圖32光譜吸收?qǐng)D對(duì)(1)式進(jìn)行變換，得： （2）對(duì)于確定的待測(cè)CO2氣體和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，K是一個(gè)確定的常量，只要測(cè)出I0和I的比值，就可以得知CO2氣體的濃度C。由圖中可以看出，衰減最為劇烈，故選擇此波段的吸收譜線作為檢測(cè)依據(jù)。三、紅外吸收型CO2氣體檢測(cè)基本理論 吸收原理分析氣體的吸收光譜會(huì)隨物質(zhì)的不同而存在差異，不同氣體分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，就導(dǎo)致了對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外輻射的吸收程度不同，即：不同的物體對(duì)應(yīng)不同的吸收光譜，而每種氣體在其光譜中，對(duì)特定波長(zhǎng)的光有較強(qiáng)的吸收。國(guó)內(nèi)紅外吸收型CO2氣體傳感器的研究起步較晚，目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和使用的傳感器主要是固體電解質(zhì)式、鈦酸鋇復(fù)合氧化物電容式、電導(dǎo)變化型厚膜式等，這些傳感器存在很多不足之處：對(duì)氣體選擇性差、容易出現(xiàn)誤報(bào)，并且系統(tǒng)需要頻繁校準(zhǔn)，使用壽命短等缺點(diǎn)。80年代初，法國(guó)研制出LEL5610防爆紅外CO2氣體測(cè)量?jī)x，可用于爆炸等危險(xiǎn)環(huán)境中CO2氣體的測(cè)量，測(cè)量范圍為0～％，零漂小于3％(無(wú)積累)，響應(yīng)時(shí)間8s，重復(fù)性優(yōu)于2％，輸出420mA。二、紅外C02測(cè)量技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)吸收式氣體傳感器技術(shù)的研究起步比較早。紅外吸收型氣體分析檢測(cè)儀一般由紅外輻射源，測(cè)量氣室，波長(zhǎng)選擇裝置(濾光片)，紅外探測(cè)裝置等組成。但是，在實(shí)際的光傳輸過(guò)程中，光纖容易受外界環(huán)境因素影響，比如溫度、壓力、電磁場(chǎng)等外界條件的變化將引起光纖光波參數(shù)(如光強(qiáng)、相位、頻率、偏振、波長(zhǎng)等)的變化。采用這種納米晶材料為基體，制備電容式CO2氣體傳感器，其缺點(diǎn)是檢測(cè)低濃度CO2時(shí)輸出信號(hào)小，且容易受到其他氣體的影響。隨后，用穩(wěn)定性較好的鋯酸鹽ZrO2MgO設(shè)計(jì)了一種CO2氣體敏感傳感器，現(xiàn)在有人采用聚丙烯晴（PAN）,二甲亞砜（D
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