研发低功耗中红外甲烷-二氧化碳双气传感器

本文主要探讨了中红外甲烷二氧化碳双气体传感系统的研制过程。该系统的目标是实现对甲烷和二氧化碳这两种关键气体的一体化测量，以满足煤矿环境中低功耗、稳定可靠实时监测的需求。系统的核心部分是采用了两个窄带中红外发光二极管(LED)作为光源，以及两个光电二极管(PD)作为探测器，通过精心设计的双LED-PD光学测量结构来捕捉气体的红外吸收信号。 在系统设计中，作者着重研究了谱线选择和光学器件的优化。选择适当的谱线对于准确地检测特定气体至关重要，因为不同气体在特定波长下的吸收特性不同。同时，选择了高效率的窄带LED光源，其高速响应特性使得可以采用窄脉冲模式进行电流驱动，以提高测量精度和效率。 温度补偿是传感器性能的关键因素，因为温度变化可能会影响测量结果。文章提到，通过对温度进行实验分析，首先通过中值归一化数据预处理方法获取温度影响因子，然后通过线性拟合的方法制定出温度补偿算法。这种补偿策略确保了传感器在不同温度下的稳定工作性能。 实验结果显示，整个传感系统的平均功耗非常低，仅为38.3毫瓦，体现出高效的能源管理。在实际测量中，甲烷和二氧化碳的检测误差分别达到最小值：甲烷测量误差为0.06%（体积分数），二氧化碳测量误差为0.05%（体积分数）。这些数据表明，该系统具有很高的测量精度，足以应对煤矿环境中的高要求。 总结来说，本文介绍了中红外甲烷二氧化碳双气体传感系统的设计原理、关键技术以及实验验证结果，这是一项在光谱学、红外光谱、中红外光源应用、热电制冷技术和窄脉冲技术等领域的创新成果，对于提升煤矿气体监测的准确性与效率具有重要意义。