基于红外光声光谱的气体检测系统设计.pdf

传感器与微系统( Transducer and Microsystem Technologies)
2014年第33卷第12期
DOI:10.13873/J.1000-9787(2014)12-0098-03
基于红外光声光谱的气体检測系统设计
钱旭,程明霄,王雪花,赵天琦2
(1.南京工业大学自动化与电气工程学院,江苏南京210009
2.南京灼徽检測技术有限公司,江苏南京21000
摘要:随着工业现代化的发展,环境变化日益复杂,而人民的环境健康意识也在不断提高。在这种情况
下,传统的气体检测系统已不能满足要求,有待开发一种高灵敏度、高分辨率的新型实时气体检测系统。
从气体分子红外光谱理论出发,在对当前各种气体检测方法进行分析比较的基础上,设计了一种基于光声
光谱技术的气体检测系统。实验证明:该系统可有效进行CO2气体检测。
关键词:气体检测;高灵敏度;高分辨率;光声光谱
中图分类号;TP23
文献标识码:A文章编号:10009787(2014)12-0098-03
Design of gas detecting system based on infrared
photoacoustic spectrum
QIAN Xu, CHENG Ming-xiao, WANG Xue-hua, ZHAO Tian-q
(1. School of Automation &Electrical Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009, China
2. Nanjing Zhuohui Detection Technology Co Ltd, Nanjing 210009, China
Abstract: In recent years, with development of modern industry, increasing complexity of environmental change
and people s awareness of environmental health is improving, In this case, conventional gas detecting system can
not meet requirements, pending the development of a high sensitivity, high resolution new type realtime gas
detecting system. From gas molecules IR spectrum theory, and on the basis of comparison of current variety of gas
detection method, study on a gas detecting s stem ased on photoacoustic spectrum(PA )technology.Experiment
verifies that this system can effectively carry out CO, gas detection
Key words: as deteetion: high sensitivity; high resolution; photoacoustic spectrum(PAS)
表现出来的那部分能量,即使在高反射弱吸收的情况下,吸
气体探测技术在人类活动的各个方面都发挥着极为重
收能也可被微音器检测。与其它气体检测方法相比较,
要的作用。大气中某些微量气体过量时,会导致温室效
PAS技术的主要优点是:长期稳定性好,灵敏度高;不消耗
应、酸兩、毒雾、臭氧层空洞等现象2,严重影响人类赖以气样,如载气、标气;检測时间短,便于现场检测,适于多种
生存的环境。近年来,随着人们环境健扆意识的提高和环气体成分的检测,系统结构简单
境变化的复杂性,传统上使用的气体探测系统已不能满足
大部分气体分子的特征谱线处于中红外波段(3
要求,有待开发性能更高的新型气体探测系统。按照工作20um)i。目前,在使用宽谱带黑体辐射源和普通红外吸
原理的不同,气体检测方法可分为非光学分析法与光学分收技术的红外气体检测中,傅里叶变换红外光谱仪被认为
析法。本文设计了一种基于红外光声光谱(PAS)的气体是最好的仪器。但现代的傅里叶变换红外光谱(FIR)气
检测系统,实验结果表明:该系统可有效进行CO2气体的体分析仪器已发展到接近于理论性能的极限,很难再有显
检测。
著提高。而PAS技术则在进一步提高灵敏度等性能方面
1PAS法检測气体的原理
表现出了良好的潜力。
PAS技术是一种理想的无背景噪声信号技术1,具有2红外PAS系统的设计
较高灵敏度和良好选择性。与传统光谱分析方法不同,
红外PAS系统主要包括光声系统和检测系统,其整体
PAS技术是监测物体吸收光能后产生的热能中以声压形式结构如图1所示。光声系统主要由红外光源及其频率调制
收稿日期:2014-05-04