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《传感与控制-新型多功能矿用危险气体传感器的研究new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、光电子·激光第18卷第5期2007年5月JournalofOptoelectronics·LaserVol.18No.5May200733新型多功能矿用危险气体传感器的研究33张雷,尹王保,董磊,李霖峰,窦海鹏,贾锁堂(山西大学物理电子工程学院,量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西太原030006)摘要:基于CH4气体的吸收光谱特性,采用开腔气室结构及单光束多波长探测技术,研制出一种多种功能矿用危险气体传感器。与商用的各种CH4传感器相比,它除了具有测量范围宽、精度高及响应快等常规特点外,还能进行多组气体组分含量的测量,且能对所测气体的爆炸性和危险度进行分析。关键词:传感器;
2、吸收光谱;危险气体;多组分测量;危险度分析中图分类号:TP212.14文献标识码:A文章编号:100520086(2007)0520550204ANovelVersatileSensorfortheHazardousGasesUnderMines33ZHANGLei,YINWang2bao,DONGLei,LILin2feng,DOUHai2peng,JIASuo2tang(CollegeofPhysicsandElectronicsEngineering,StateKeyLaboratoryofQuantumOpticsandQuantumOpticsDe2vices,Shan
3、xiUniversity,Taiyuan030006,China)Abstract:Basedonthemethaneabsorptionspectrum,aversatilesensorforhazardousgasesundercoalmineswasdesignedbyusinganopen2pathgaschamberandthetechnologyofsinglelightbeamwithmulti2wavelengths.Comparedwiththeocm2mercialavailablemethanesensors,ithasmanyadvantages,such
4、asfullmeasurementrange,higherprecisionandfasterre2sponse.Anditcanbeusedtoanalyzetheconcentrationofseveralcomponents,theexplosivityandhazarddegreeofthemixedgases.Andthus,itwilloffertheaccurateinformationunderminestimelyinordertoavoidaccidents.Keywords:sensor;absorptionspectrum;hazardousgases;m
5、easurementofmulti2components;hazarddegreeanaly2sis于第i种待测气体的某吸收峰上,参考波长λref处于这4个吸收1引言峰波长λigas外,待测气体在此基本无吸收。根据Beer2Lambert[8,9]如何全面有效地对瓦斯气体进行精确和实时监测,是困扰定律有:井下采煤的重大难题。目前国内使用最广泛的载体催化燃烧I′igas=Iigasexp(-αiCil-βi1)(1)[1][2][3,4]式、光干涉式和热传导式等瓦斯传感器普遍存在着检I′ref=Irefexp(-β2)(2)测范围窄(0～40%)、调校频繁及使用操作繁琐等缺点,从而
6、容其中:Iigas、I′igas分别为位于波长λigas处的光通过第i种待测气体易造成安全隐患或安全事故;而基于红外二极管激光器的CH4前后的光强;Iref、I′ref分别为位于波长λref处的光通过待测气体[5]探测虽然灵敏度及最低可探测深度都令人满意,但由于设备前后的光强;αi为此种气体在波长λigas处的吸收系数;Ci为此种昂贵而限制了其广泛应用。气体的浓度(体积百分比);l为开腔测量的光程;β为各种不确本文研究的新型全功能矿用危险气体传感器,以其检测范定性因素对光强的影响,一般βi1≈β2。围宽、多组分气体测量以及瓦斯气体爆炸性能预测等特点全面[10]反映井下环境的状况以
7、及危险度,从而使安全决策人员在灾害式(1)除以式(2)可得来临前便可及时采取正确的预防和补救措施,避免事故的I′igasIigas=exp(-αiCil)(3)发生。I′refIref整理后得2多功能矿用危险气体传感器原理1I′igasIrefCi=-ln(×)(4)αilI′refIigas当某物质受到红外光束照射时,该物质的分子就要吸收一其中,Iref/Iigas、αi、l均为已知常量。则通过检测在待测气体的吸部分光能量并将其转换为分子的振动和转动能量。为了消除“干扰”气体和
