郑悦,党佩佩,叶玮琳,郑传涛,王一丁.一种中红外差分甲烷检测仪的研制[J].光电子激光,2016,27(4):366~373
一种中红外差分甲烷检测仪的研制
Development of a mid-infrared differential methane detection device
投稿时间:2015-11-12  
DOI:
中文关键词:  光电检测  红外技术与应用  甲烷(CH4)检测  气室优化
英文关键词:optoelectronic detection  infrared technique and application  methane (CH4) d etection  gas cell structure optimization
基金项目:国家自然科学基金(61307124)、吉林省科技发展计划(20140307014SF)和长春市科技发展计划(14KG022) 资助项目 (1.吉林大学 电子科学与工程学院,集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实 验区,吉林 长春 130012; 2.汕头大学 工学院,广东 汕头 515063)
作者单位
郑悦 吉林大学 电子科学与工程学院,集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实 验区,吉 林 长春 130012 
党佩佩 吉林大学 电子科学与工程学院,集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实 验区,吉 林 长春 130012 
叶玮琳 汕头大学 工学院,广东 汕头 515063 
郑传涛 吉林大学 电子科学与工程学院,集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实 验区,吉 林 长春 130012 
王一丁 吉林大学 电子科学与工程学院,集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实 验区,吉 林 长春 130012 
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中文摘要:
      根据甲烷(CH4)分子在中红外波段的吸收特 性并利用宽光谱红外热辐射光源(IR55), 研制了一种基于中红外吸收光谱技术的双通道差分CH4检测仪。通 过对双通道探测器(3.31 μm和3.90μm)输 出的两路信号进行差分处理,有效抑制了系 统噪声。给出了系统的检测原理和结构,表征了光源和探测器的光学特性。为了提高聚光效 率并增大光程,设计制作了球面反射镜开放气室,其半径约20cm。 配备了16种不同浓 度的CH4气体样品,开展了气体标定实验,得到了气体浓度 与双通道信号幅值电压的关 系表 达式。 误差实验结果显示, 对16种气体样品的检测误差小于12.4%。 对体积分数为 5×10-4的CH4气体样品开展的长达10h的浓度测量实验 表明,检测结果的相对波动范围 为±10%。对测得的实验结果进行数理统计,其标准差为2.06×10-5,进而得到该检测仪的检测下限约为6.18×10-5。
英文摘要:
      In this paper,a dual-channel differential methane (CH4) detection device based on min-infrared absorption spectroscop y is implemented by using the absorption characteristic of CH4molecule in mid-infrared waveba nd and an infrared light source (IR55) with wide emitting spectrum.Through the differential processing o n the two output signals from the dual-channel detector (3.31μm and 3.9μm),the system noise can be removed effectively.Detection principle and structure are proposed,and the optical cha racteristics of the light source and the detector are analyzed.In order to improve light collection effi ciency and enhance absorption length,structures of spherical reflection mirror a nd open gas cell are optimized,whose radius is 20cm.Sixteen CH4samples with different concentr ations were prepared,calibration experiment was carried out using the detection system,and the expression between concentration and two channel signals was derived.System e rror experiment indicates that the relative detection errors on the 16CH4samples are less than 12.4%.At the same time,a 10h long-term concentration detection on the 5×10-4 CH4sample indicates that variation range of the detected result is ±10%.Meanwhile,mathematical stat istics on the 10h results reveals that the standard derivation is 2.06×10-4,and the limi t of detection is estimated to be 6.18×10-4.
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