红外甲烷检测仪的响应时间建模与实验研究
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作者:
作者单位:

(1.汕头大学 工学院,广东 汕头 515063; 2.吉林大学 电子科学与工 程学院,集成光电子学国家重点实验室吉林大学实验区,吉林 长春 130012)

作者简介:

叶玮琳(1984-),女,广东潮州人,博士,讲师,主要从事 红外气体传感器的研究.

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

国家自然科学基金(61307124,4)、国家科技支撑计划(2013BAK06B04)、吉林省科技发展计划(20120707,6)、长春市国际合作(11GH01)、汕头大学科研启动基金(NTF12022)和广东省教育厅优秀青年创新人才培养计划(育苗工程)项目(2013LYM_0030)资助项目 (1.汕头大学 工学院,广东 汕头 515063; 2.吉林大学 电子科学与工 程学院,集成光电子学国家重点实验室吉林大学实验区,吉林 长春 130012)


Modeling and experimental study on response time of a mid-infrared CH4detect ion device
Author:
Affiliation:

(1.College of Engineering,Shantou University,Shantou 515000,China; 2.State Key L aboratory on Optoelectronics,College of Electronic Science and Engineering,Jilin University,Changchun 130012,China)

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    摘要:

    针对研制的基于非对称椭球聚光镜/气室的红外 甲烷(CH4)检测系统,利用菲克第一定律,建立了用于分 析仪器响应时间的数学模型,在CH4气体由椭球气室内向气室外扩散和由气室外向气室 内扩散两种情况下, 推导得到了气室中实时CH4浓度与响应时间的关系表达式,计算并分析了响应时间与气 室结构参数、初始 浓度以及目标浓度的关系。计算结果显示,仪器的10~90%的响应时 间与气室的结构参数有关,而与气室内 的初始浓度和目标浓度均无关。当长轴取为7.6cm、开孔直径分别为 0.50cm和2.24cm时,计算得到的仪 器响应时间约为9.42s。利用所制作的非对称椭球聚光镜/气室和CH 4检测仪,分别测量了仪器的响应时间, 仪器所处容器的浓度在0~10-4间变化时,其上升和下降时间 分别为7.25s和9.00s;仪器所处容器的浓度 在10-3~10-2间变化时,其上升和下降时间均约8.25s。由于实验条件未能较好满足菲克定律要求,实 验结果和理论计算结果存在一定的差异。尽管如此,本文给出的分析理论和相关模型,在估 算具有类似气室结构的检测仪响应时间方面具有应用价值。

    Abstract:

    For the developed infrared CH4detection system based on asymmetric el lipsoid gas-cell,based on the Fick′s first law,the model on response time is established.Under the ca se of gas diffusion from the inside area to the outside area and that from the outside area to the inside area,the expressi on of the real-time concentration inside the gas-cell versus the variation time is derived,and the relations amo ng the response time,the structural parameters,the initial and final concentrations inside the gas-cell are calcul ated and analyzed.Calculation results indicate that the 10-90% response time depends on the structural paramete rs,but has no relation with the initial and final concentrations.When the long axis of the gas-cell is 7.6cm and its opening hole diameters are 0.5cm and 2.24cm,respectively,the calculated response time is about 9.42s.By usin g the fabricated asymmetric ellipsoid gas-cell and the developed CH4detection device,the response time i s measured through experiments. When the gas concentration exchanges between 0and 10-4,the measured rise and fall times are 7.25s and 9.0s, respectively.When the gas concentration exchanges between 10-3 and 10 -2,the measured rise and fall times are both about 8.25s.The experimental results show some difference with the calcula ted results,because the experimental condition does not satisfy the requirement of the Fick′s law.Furth er,the proposed analytical theory and related models have applicative value in evaluating the response characteris tics of the detection device with structure-similar gas-cells.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

叶玮琳,郑传涛,王一丁.红外甲烷检测仪的响应时间建模与实验研究[J].光电子激光,2015,26(6):1030~1035

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  • 收稿日期:2015-02-02
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  • 在线发布日期: 2015-07-08
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