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基于红外线吸收的迷你多气体检测器的设计 摘要：本文阐述了一种新型的非色散红外线（IR）气体检测系统，传统设备通常包括几个主要部 件：宽带源（通常是白织灯的灯丝），旋转斩波快门，窄带滤波器，样本管和探测器。但是我们主要使用微型多通道探测器，电子调制方式和小型气体电池结构。为了解决煤矿瓦斯事故和使用天然气带来的家庭安全问题，开发出这个新型的集成化、小型化非移动红外探测系统。它基于某些气体在特定的（而且往往是唯一的）波长辐射内吸收红外线的原则，主要分析了在开发这个系统时采用红外探测光学原理，多气体检测器的想法是在单气体检测器的指引下产生的。通过对电池结构设计的研究，集成化和小型化电池已经制定。以单片机为核心处理器，设计了气体检测系统的功能框图，并带有硬件和软件系统分析和制定。对控制器区域网络（CAN）总线和无线数据传输模式的数据传输方式进行了解释。该系统已达到低功耗、体积小、测量范围宽的技术要求， 能够实现多气体检测 2007.Elsevier.Ltd.保留所有权 关键字：红外的；多气体检测器；集成化和小型化 1.介绍 在山西太原，这个空气中含有大量有毒空气污染物的地方，由于经济和采矿过快增长导致排放量增加是不可避免的。在中国人口稠密的工业发达地区，空气污染是一个严重的问题，特别是在山西，有害气体对人类的伤害引起越来越多的关注。为此，研究人员设计了一些有效的方案[1-4] 来解决这个问题。 当前的经济现实是，两组气体传感器技术在两个迥异存在的标记段竞争：负担得起的（不可靠）化学反应传感器消费市场和可靠的工业、实验室、医疗器械市场的红外光谱传感器。红外传感器可分为两大类：热传感器和光子传感器。从历史上看，热传感器是在红外电磁频谱范围操作的第一类传感器。自1930年以来，红外技术的发展一直是窄隙半导体探测器占据主导地位。设备都有出色的信号噪声性能和非常快的响应。然而，要实现这一目标，红外线（IR）光电探测器需要低温冷却。相比之下，热传感器通常是在室温下运作，随温度变化很小。所以，红外热传感器被广泛应用于各种检测领域，包括非色散红外气体分析和监测。然而，目前的红外气体检测设备，尤其是多气体检测设备，体积庞大，价格昂贵且需要频繁调整[5-7]。因此它是难以满足人们日常生活中气体监测的要求，需要迅速解决。为此，开发一个新型便携和免维护的空气污染监测设备来提高人们的环境监测能力应运而生。 红外探测方式，虽然公认高度可靠、应广泛并且使用寿命长红外探测方式，虽然高度可靠，已承认了广泛和良好的长寿，由于过了很长一段时间的限制不能实现设备小型化，例如，它不能在应用推广。随着微机电系统（MEMS）技术，特别是光学MEMS技术的发展，红外光学气体检测系统的小型化是可能的[8-10]。 本文介绍了一种新型红外气体检测系统。作者提出，如HC，二氧化硫，一氧化碳，NXO等有害气体的检测，可实现的想法，通过使用微型器件和微技术开发多气体检测传感器。在民用领域的研究可用于生产。通过加强这种传感器的保护，如防潮，防水，防爆等，研究生产也可以用来探测地雷下的气体。因此，该传感器具有良好的应用和产业化前景。 2.基本原则 对称双原子和多原子分子气体，例如甲烷，水，氨，二氧化碳，乙炔，二氧化硫，一氧化氮和二氧化氮，在红外波段有特征吸收峰。通过这个属性，我们选择适当的过滤器，用热释电红外传感器（PIR）可以检测气体浓度信号。作为指导，以甲烷检测为例就优先考虑单一气体检测的情况。 当红外辐射通过气体时，其分子吸收光能，吸收的关系如下Lambert-Beer定律[1，3，11]，即： 其中，和分别表示通过要测量的气体前、后的红外单色平行光的光照强度; K为气体吸收系数，C为气体浓度，L为细胞的长度。 对于非平行光，我们考虑其并行ponderance，红外光的并行不影响系统的灵敏度。光的强度可以影响系统的灵敏度且也难以衡量，但我们使用了双通道的检测方法和计算两个通道的输出信号比解决光的强度因子，避免直接测量光的强度。 图1为一个双通道探测器的输出信号示意图 如图1所示，探测器有两个输出信号通道。一个称为感应待测气体的活动的通道（Act.），其输出信号是光的强度和待测气体浓度的比例，另一种是参考通道（Ref.），其输出信号不涉及到要测量的气体，和光的强度成正比。这两个信号都和光的强度成正比。根据图1的两个关系，它们之间存在一个共同的参数，即两个信号的输出都与光的强度有关，另外活动通道气体浓度相关。一个确定的系统，吸收系数K和细胞的长度L是明确的。因此，我们可以假设两个通道的规模因素分别为K1和K2，这样我们有： 活动通道的输出信号： 参考通道的输