微型紅外光聲氣體傳感器的研究.pdf

1、紅外光聲氣敏傳感器利用氣體的特征光譜進(jìn)行測(cè)量，具有測(cè)量范圍寬、靈敏度和精度高、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是它還具有極好的選擇性，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)分析和自動(dòng)控制等獨(dú)特性能．常規(guī)的紅外光聲氣敏傳感器體積較大，難以實(shí)現(xiàn)微型化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化，以滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)、反恐、防恐和應(yīng)對(duì)突發(fā)事件等對(duì)氣敏傳感器提出的更高要求．本文圍繞MEMS化的光聲氣敏傳感器系統(tǒng)，開(kāi)展了以下幾方面的研究： 1．光聲信號(hào)的模擬以及光聲腔的一維近似 ---利用有

2、限元法模擬了光聲腔內(nèi)光聲信號(hào)的分布； ---提出了一種光聲腔可近似為一維光聲腔的原則，并結(jié)合有限元模擬得到光聲腔一維近似的條件； ---改進(jìn)了原有的一維諧振式光聲傳感器LC電路模型，該模型能夠簡(jiǎn)單快速地計(jì)算光聲腔的結(jié)構(gòu)參數(shù)、品質(zhì)因子和共振頻率等特性，并能直觀的模擬光聲信號(hào)隨氣體濃度、溫度，光聲腔結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化趨勢(shì)。 2．一維諧振式MEMS光聲腔的設(shè)計(jì)制作 ---結(jié)合數(shù)學(xué)理論和模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)了一種MEMS一

3、維諧振式光聲腔； ---利用微機(jī)械加工技術(shù)，制作了MEMS一維諧振式光聲腔。 3．非諧振式光聲傳感器的研究制作 ---結(jié)合理論分別討論了諧振式光聲腔和非諧振式光聲腔的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種全MEMS化的非諧振式光聲傳感器系統(tǒng)； ---作為全MEMS系統(tǒng)的前期研究，設(shè)計(jì)制作了小型的非諧振式光聲傳感器系統(tǒng)；光聲傳感器總長(zhǎng)度為5．2厘米，截面直徑為1．8厘米； ---利用該系統(tǒng)測(cè)定了光源強(qiáng)度和調(diào)制頻率對(duì)光聲

4、信號(hào)的影響，在光源調(diào)制深度和麥克風(fēng)頻率響應(yīng)之間存在一個(gè)最優(yōu)點(diǎn)，也就是在光源某個(gè)調(diào)制頻率處得到最大的光聲信號(hào)； ---利用光聲傳感器對(duì)二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行了測(cè)量，5000ppm的COe氣體得到的響應(yīng)信號(hào)為0．07~，并指出了非諧振式光聲傳感器最大的弊端——要求腔體有一定密封性。 4．小型紅外吸收——光聲氣體傳感器 ---基于非諧振式光聲傳感器不能開(kāi)放式測(cè)量的缺陷，結(jié)合紅外吸收傳感器可開(kāi)放測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)制作了一種高性能

5、的紅外吸收——光聲氣體探測(cè)系統(tǒng)，傳感器總長(zhǎng)為9．5厘米，直徑為1．8厘米； ---利用該系統(tǒng)對(duì)C02、SO2氣體進(jìn)行了檢測(cè)，對(duì)C02氣體的探測(cè)靈敏度為0．0146mV／ppm，探測(cè)到的最小濃度為lOOppm。對(duì)S02氣體，該系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度較高，達(dá)到2．5mV／ppm，并能探測(cè)到濃度為0．38ppm的S02氣體； ---與熱釋電探測(cè)器制作的非色散紅外吸收氣體傳感器進(jìn)行了比較，證明了光聲傳感器性能較高。 以上工作為