反射式红外甲烷传感器气室设计

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

在红外甲烷传感器中，红外气室结构的设计通常关系到该传感器的性能好坏，所以，红外气室是红外传感器的关键部件之-。在生产和生活环境中由于意外和紧急情况所产生的甲烷气体对正常的生产和生活造成了很大的危害，尤其工业矿井生产中产生的甲烷气体，它是造成矿井瓦斯爆炸的重要组成气体 ↑年来，随着国民经济的不断发展，对甲烷气体的检测提出了更高的要求。反射式红外甲烷传感器因其受环境因素影响孝灵敏度高、响应速度快、选择性好等优点，成为红外气体传感器领域研究的焦点 J。

收稿日期：2012-07-23基金项目：国家863”计划重大资助项目(2006AA040101)反射式红外甲烷传感器是基于光谱吸收原理，红外光谱吸收法是利用双原子分子对红外光具有特定吸收峰这-特性来实现的，甲烷气体分子对某些特定波长红外光具有吸收作用，这个波段就称为这-气体的特定红外吸收峰，它并不与其他气体吸收峰干扰，这种性质是具有红外活性物质本身固有的-种属性，如同人类的指纹，具有唯-性，不会因环境、温度等条件的改变而改变 ，通过对比吸收前后的红外光强度，根据朗伯-比尔定律即可得到甲烷气体的体积分数。

1 反射式红外甲烷传感器气室设计反射式红外甲烷传感器气室由IRL715红外光源、第2期 刘 岗，等：反射式红外甲烷传感器气室设计PYS3228双通道热释电红外气体探测器、旋转抛物面气室中腔、底盖和插针等部分构成。

1.1 气室中腔的设计红外探测器的两通道在接收红外光后，两通道会有微弱的信号，甲烷气体分子对某些特定波长红外光具有吸收作用 ，通过对比吸收前后的红外光强度 ，根据朗伯-比尔定律 烷气体的体积分数，/oexp(- )， (1)式中 ，为出射光强；，0为入射光强；K为被测气体的吸收系数；C为被测气体的体积分数江为辐射通过被测气体介质的光程。由式(1)可知，甲烷体积分数的计算和检测与光程有关系。为了得到准确的光程和汇聚光线，将气室中腔设计成曲率为6 toni的旋转抛物面，并将红外光源和探测器放置在抛物面的焦点，这样，就能得到近似平行光的红外光束，平行光追迹过程遇到气室顶盖后反射到气室底部的探测器，气室采用反射式不仅可增加光程，还避免了传统封闭式气室需要气泵抽送气而带来的检测仪体积和功耗的增加 ]。

理论上气室越长越好，因为这样气室中的气体在较均匀分布下对红外辐射的吸收较充分，并且能提高传感器的灵敏度。但综合考虑到传感器的便携性、红外辐射的衰减和红外光在气室内的折射散射等因素，气室不能太长，实际应用中，气室的长度是根据待测气体种类、测量范围和分辨率来决定，在室温下，气室直径-定(25mm)不同长度的气室响应时间和灵敏度如表 1。

表1 气室长度和响应时间关系Tab 1 Relationship between length of gas chamber andresponse time气室长度(mm) 15 25 35 45 55响应时间(s) 15 23 27 40 43灵敏度(%cH4)0.05 0.03 0.02 0.02 O.01由表l可以看出在气室直径-定的情况下，气室的长度在25-35 mm之间，传感器的响应时间和灵敏度比较合理，本设计中选用的气室的长度为27 mm。对于气室的直径，在能满足光源、探测器和导线放置的前提下应该越小越好，直径小，则响应时间短，并