光谱吸收式气体传感器探测电路的设计和实现

论文摘要

随着国家整体经济迅猛发展，对石油化工、矿产开采、卫生医疗和电力系统等行业需求不断增加，但是这些行业生产中会排放出大量的易燃、易爆和有毒害气体，故急需对这些气体进行预防和监测。基于红外光谱吸收法的气体传感器具有独到的优势，精度高，选择性好，由于不直接接触测试气体，不受环境气体腐蚀，寿命长，稳定性好，具有广泛的应用前景。本论文采用红外光谱吸收法设计并制作了分别基于热释电探测器和热敏电阻测辐射热计的非分光红外（NDIR）二氧化碳气体传感器电路系统，主要内容包括以下几个部分：(1)在介绍常用的气体检测方法基础上，比较详细地介绍了基于非分光红外技术的红外气体传感器的发展状况和未来发展方向，分析了红外光谱吸收法的独特优势。(2)设计并制作了分别基于热释电红外探测器和热敏电阻探测器的红外气体传感器系统模块，包括器件选取，硬件电路系统，单片机软件控制系统等。其中采用的热敏电阻探测器为基于MEMS技术的高度集成单片红外器件，电调制激发其光源和探测器为同一单元，针对该器件的电路设计为实验室本身研制的基于氧化钒“VOX”薄膜材料的热敏电阻测辐射热计和基于光子晶体材料的红外窄带光源的红外气体传感系统提供了一定的参考意义。(3)对研制的红外二氧化碳传感器进行了实验研究，验证整个系统电路正确性和红外气体吸收的可行性。并且对比分析了这两种类型红外气体传感器在电路设计上的差别。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 红外气体传感器发展概述
• 1.2 常用气体检测方法
• 1.3 课题研究目的和意义
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 2 红外光谱吸收型气体传感器
• 2.1 红外光谱吸收原理机制
• 2.2 比尔朗伯吸收定律
• 2.3 双通道非分光红外探测技术
• 2.4 中红外光谱吸收型气体探测器分类
• 2.5 本章小结
• 3 双通道热释电型红外气体传感器
• 3.1 系统整体结构
• 3.2 主要器件介绍
• 3.3 系统电源设计
• 3.4 探测器模拟信号处理电路
• 3.5 单片机控制处理系统
• 3.6 本章小结
• 4 双通道热敏电阻型红外气体传感器
• 4.1 系统整体设计
• 4.2 高度集成 MEMS 红外热敏电阻型探测器介绍
• 4.3 探测器模拟信号处理电路
• 4.4 单片机控制处理系统
• 4.5 本章小结
• 5 红外光谱吸收型气体传感器实验研究
• 5.1 电路信号测试实验
• 5.2 气体吸收实验
• 5.3 两种传感器对比
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结与课题展望
• 致谢
• 参考文献