红外瓦斯传感器（精选3篇）
红外瓦斯传感器 篇1
0 引言
红外气体传感器以其检测精度高、检测范围宽、重复性好、不易老化等优点,广泛应用于矿井安全、石油勘探、污染源监测、大气物理等领域中[1,2]。红外气体传感器基于气体分子吸收红外光谱的原理而设计。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一特性来实现的,也就是说某种气体只对应吸收某一波段处的红外光能量,该波段称为这一气体的特定红外吸收峰。它并不与其他气体的吸收峰干扰,而气体吸收的能量与气体在红外光区内的体积分数有关[3,4,5]。红外气体传感器中光学气室就是将红外光源、热释电探测器及气室腔集成到一起的组合体,其设计直接影响检测传感器的响应时间、分辨率、精度和稳定性等性能,因此,气室结构设计是检测传感器性能最重要的部分。本文以红外甲烷传感器为例,介绍光学气室的设计方法,并通过实验测试了光学气室对传感器检测信号的影响,为热释电型红外气体传感器的研制提供了依据。
1 红外光学气室设计
图1为红外甲烷传感器的结构,主要由吸收红外探测器、红外发射光源和光学气室[3] 3个部分构成。红外探测器选用PYS3228双滤光片热释电红外气体探测器,红外光源选择IR-715,该红外光源属于热辐射型光源,辐射强度大,尺寸小,半径仅为1.6 mm,辐射波长范围广,适用于碳氢化合物(3～5 μm)的测量[6,7,8]。
1.1 光学气室设计和加工原则
(1) 为保证红外光源尽可能多地被反射到热释电探测器上,光学气室的内壁要保证足够的光滑度及稳定的性能,不吸收有效红外辐射,不与被检测气体反应。本文中光学气室内壁材料选用黄铜镀金。
(2) 为保证传感器的便携式及红外辐射能多次穿过被测气体,光学气室的光路设计成反射式,这样相对增加了光程的距离,从而提高了传感器的检测精度。但考虑到光线能量的损失影响,光线选择在气室中折射4～6次为最佳[9]。
(3) 为了减小灰尘、水汽、污垢等对传感器的影响,气室应为密封结构,只留些供气体交换的小孔,以保证气体有较高的灵敏度。在设计加工光学气室时要进行防尘防水处理。在光学气室的进气处加装防护罩,防护罩包含了0.2 mm孔的防静电网和0.45 μm孔的聚四氟乙烯膜。防静电网起消除静电和隔离火花的作用,聚四氟乙烯膜具有耐腐蚀、耐火、不吸水和油等优点[10,11,12]。
1.2 气室参数的确定
在实际应用中,气室的长度是根据待测气体的组分和种类而确定的,是在线性刻度范围内选择最长的气室长度,同时又要保证传感器的检测精度,这就需要确定气室的最优光程长度,即在有效波长红外光谱中携带足够的信息,满足气体吸收后到达探测器的红外光足够强,使探测器输出实际可用信号。确定气室的最优光程长度是进行光学气室设计的首要工作。根据Lambert-Beer定律[13]和红外气体吸收光谱[14],红外甲烷传感器气室的最优光程长度为60 mm。以下为具体计算过程。
由Lambert-Beer定律:
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式中:I为出射光强度;I0为入射光强度;L为光程长度;C为待测气体体积分数;-k(λ)为吸收截面数。
设最优光程长度D=CL,由式(1)可得
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设传感器的最小分辨率undefined,则有
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得
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查甲烷红外吸收光谱图[15],可得:标准谱光程长度Dbzp=96 mm,甲烷的最佳波数吸光度A=0.016。由于
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则
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在常温环境下,将不同直径的气室放在实验配气设备中,测试其响应时间,结果见表1。
由表1可知,在气室光程长度一定的情况下,气室直径在10～30 mm时对红外甲烷传感器的响应时间影响不大。气室直径太大或太小都会影响气体对光谱的吸收度,从而对传感器造成一定的影响。因此,选择气室直径为20 mm。图2为光学气室的剖视图。
2 实验结果分析
选用RCS2000(A)计算机自动配气系统,对基于上述气室结构的红外甲烷传感器进行标定实验,同时检测其性能。配气系统采用国外最先进的配气技术,具备配气精度高、操作简单、配气效率高、稳定性好、配气功能强等优势,可配制出高精度、高质量的标准混合气体。
实验中,载气选择纯度为99.9%的N2,将N2和CH4同时通入配气系统,系统将会根据上位软件设置气体体积分数。把配置好的气体通入放有传感器的密闭腔体内,大约10～15 min后气体均匀分布在整个密闭腔体内,达到传感器的平衡点。等待实验显示数码管数值稳定后,记录下显示数值。具体实验测试过程:
(1) 将红外甲烷传感器上电后放入指定密闭腔体内。
(2) 打开装有配气系统的电脑,在系统界面下设置配置的气体体积分数和一些必要的流量参数。
(3) 打开装有N2和CH4的气瓶,并在实验过程中不再调节气瓶调节阀,以保证实验的一致性,减少误差。
(4) 点击系统软件开始通气,等待传感器平衡点,实验显示数码管数值稳定后,记录显示数值。
(5) 在系统软件界面下改变配置的气体体积分数值,重复步骤(4)。配置的气体体积分数分别为0.25%,0.50%,0.75%,1.00%,1.25%,1.50%,1.75%,2.00%,2.25%,2.50%,2.75%,3.00%。
(6) 处理记录数据。图3为红外甲烷传感器标定曲线(横坐标表示单片机采集的A/D值,简称数据量)。经过多次实验验证,该曲线具有很好的重复性。从图3可看出,红外甲烷传感器随着CH4体积分数的增大,数据量明显增大,说明设计的气室结构具有一定的可行性,并且灵敏度很高。
3 结语
设计了红外甲烷传感器的光学气室结构并进行了测试验证。测试结果表明,由该气室结构装配的红外甲烷传感器具有一定的实用性且灵敏度较高。该气室结构的设计可为其他气体红外检测气室的结构设计提供参考。
红外瓦斯传感器 篇2
院系：班级：姓名：学号：
传感器课程设计 红外感应灯
自动化 2班
目录
一，课程设计的目的∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1 二，概述∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2 三，正文∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2
（1），课程设计的题目∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2（2），电路原理图∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙3（3），电路原理说明∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙3（4），电路组成说明∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙3（5），制作加工的元器件∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4（6），调整与测试∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4（7），实物图∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙5 四，心得体会和总结∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙5
一、课程设计目的
1.通过解决相关实际问题，以巩固、加深对常用传感器的认识和相关知识的理解，提高综合运用课程知识的能力。
2.熟悉相关电子元器件和电路特性，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图等，提高自主创新能力。
3.通过实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选择，焊接安装，调试等环节，初步掌握简单传感器电路的分析方法和工程设计方法。
4.掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会简单传感器控制电路的实验调试和整机指标测试方法，提高独立动手能力。能在教师指导下，完成课题任务。
5.培养严肃认真的工作作风和严谨科学态度。通过课程设计实践，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下的基础。
6.培养根据课题需要选学参考书籍、查阅手册图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题。7.了解与课程有关的电子电路以及元器件技术规范，按课程设计任务书的要求编写设计说明书。提高自己的动手能力，培养严肃、认真的工作作风和科学态度。
二、概述
本电路设计可以实现用手靠近红外发射管和红外接收管时，蜂鸣器发声，LED灯点亮，手移开后立即停止发声、LED灯熄灭，灵敏度非常高。该电路设计思路来源于银行自动开门关门的生活场景，人走进银行，门自动打开，离开后门自动关闭。或者说来源于肯德基等高档餐厅的水龙头，当手放在水龙头下，水自动流出，离开后水自动关闭。该电路应用的生活场景非常多，是电路设计人员必须掌握的一种电路。
红外感应电路的制作主要是为了学习红外发射管和红外接收管的工作原理及使用方法，同时掌握通用运算放大器LM358作为运算比较器的实际应用。
关键字：
红外发射传感器
红外接收传感器
可调电阻器
发光二极管 LM358普通运放
三、正文
1.设计题目：红外二极管人体感应
2.电路原理图
3.电路原理说明
红外感应电路是由红外发射管发射的红外光被红外接收管接收后立刻导通，使得红外接收管D2负极的电压急速下降，该电压送到LM358的3脚上。
LM358的3脚电压下降到低于2脚的电压，根据比较器的工作原理,V+ < V-的时候, LM358的1脚就会输出低电平，并通过限流电阻R4送到PNP型三极管V1、V2的基极，致使三极管V1、V2导通蜂鸣器Y1发声，发光二极管D3点亮。4.电路组成说明
红外感应电路由以红外发射管D1、红外接收管D2为核心的红外感应电路，以可调电阻R3、通用运算放大器LM358为核心的取样比较电路，以三极管9012 V1、V2、蜂鸣器Y1、发光二极管D3为核心元件的声音输出、显示电路构成。5．制作加工的元器件
制作遮光套，因为光电二极管的感光灵敏度较高，容易受到外界环境的光线影响，所以要给它加上一个遮光套，使其只能收到前方的光源，从而既提高了抗干扰力，有增强了它的方向性。遮光套可以用热收缩管来将其套住，再用电烙铁加热使其固定。或者如图所示，用黑塑料胶带缠在光电管上。
6．调整与测试
通上5V直流电压，用万用表测LM358的3脚电压，并用手放到红外发射管和红外接收管上面，造成红外接收管能接收反射的红外光，记下此时的电压值得到LM358的3脚电压值的变化范围，然后用万用表测LM358的2脚电压，调节可调电阻R3，使得LM358的2脚电压在2V左右，即调试完成后，可以用手稳定的调试性能非常稳定。7，实物图
四．心得体会与总结 传感器作为我们的主要课程之一，我在这次课程设计中发现自己在一点一滴的努力中对电路设计产生了浓厚的学习兴趣。
课程设计是以自己动手动脑，亲手设计、制作、组装与调试的。它将基本技能训练、基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践和创新能力。课程设计的意义，不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。作为信息时代的大学生，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。
这次传感器电路课程设计我消耗了两个星期左右的时间。我在设计过程中，虽然过程中遇到了一些小困难，但解决这些问题的过程也是对自身专业素质的一种提高与肯定。在这两个星期中，我不仅制作出了自己较为满意的作品，更重要的是将那些在课本上学到的东西运用到了实践当中，使我对电路设计方面又有了更深一层次的了解。
在制作过程中，使我受益非浅。不但锻炼了我的动手能力，还提高了自己解决问题的能力。通过本次实习培养了我理论联系实际的能力，提高了我分析问题和解决问题的能力，增强了独立工作的能力。此次课程设计，还学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变等。
我感觉到在做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识的理论性太强，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，并且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我了解到了很多元件的功能特性，并且对于其在电路中的作用和使用方法有了更多的认识。
平时看课本时，有的问题无论如何都弄不懂，但在做完课程设计后，那些问题就基本上迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如光敏电阻二极管的特性，晶体三极管的放大特性，平时看书，这次看完后，下次就又忘了，通过动手实践使我对各个元件印象深刻。
在整个过程中，查资料、确定方案、焊接制作等等，曾出现各种问题，例如元器件是到电子商城买的，去了很多次才买齐全；实验电路焊接时，由于焊点密集，曾几次将元器件焊联；更不能用导线，只能用元器件的引脚来连接等等。所以当焊接完成时，自己真是高兴的有点“得意忘形”了！
一个星期的课程设计即将圆满的画上句号，回头看看，不禁感慨众多，凡事必须经过努力才能够换来成功。通过本次的课程设计，我深刻体会到了自己知识的匮乏、肤浅，自己原来所学的东西只是一个表面性的，甚至有时是理想化的，理论性的。设计一个很简单的电路，所要考虑的问题要比考试要考虑的还要多的多，它在现实中还存在的很多问题，如要考虑到它的前因后果，某些功能需要用到哪些电有要考虑它的可行性，实用性等等。设计电路提高了我们的分析问题的能力，而调试电路则使我们对所学过的知识有了一个新的认识，同时在实践中也加深了我们对理论知识的理解，更将这种理解上升到了实践的层次，锻炼了我们解决问题的能力。
学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。
德国快速红外搜索跟踪侦察传感器 篇3
作为防空系统的组成部分, 快速红外搜索跟踪侦察传感器可以探测多种空中目标, 如直升机、巡航导弹和无人航空器.它作为被动传感器系统, 难以被敌方雷达发现.系统主要包括传感器头和与显示控制单元相连的信号处理单元.全部图像数据由信号处理单元进行分析.在进行数据处理的同时, 软件系统仍可以自主探测飞行目标.如果被探测目标的光谱处于威胁光谱范围, 系统会自动生成告警, 并将数据发送给网络系统.系统具有极好的分辨率, 探测距离远, 设计小巧轻便.该系统还可作为告警传感器以保护民用目标.