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基于宽带光源与相关光谱技术的CH4甲烷传感器研究

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甲院(CH4)属于易燃易爆气体,是天然气、沼气和煤层气的主要成分,对其浓度的精确检测在天然气等燃料的储运、中转及加工过程中的安全具有重要意义。对低浓度气体的检测,基于光*E-mail:qiao-jiping@163.com谱吸收原理的方法随被测气体种类与环境的不同而有所差别,针对传统光学传感技术气体选择性不高与激光光源在气体检测中需严格控温的缺点,采用红外宽带光源进行CH4气体的检测,并结合实验所用气室与光电探测器件参数,利用HITRAN数据库对CH4吸收进行仿真计算,得出了系统理论探测下限与光强信号之间的变化规律。在不同CH4浓度梯度的实际测量中,采用快速傅里叶变换(FFT)与Savitzky-Golay数字滤波相结合的方法对系统噪声进行处理,将外部因素引起的噪声干扰降低了1个数量级,在不同CH4浓度梯度的实际测量中,利用CH4浓度和光强调制系数的对应关系对系统进行了标定,并通过数据拟合得到CH4浓度的反演曲线,相关系数达到0.998 83,测量灵敏度低至20×10-6,系统检测下限约为50×10-6;与传统化学传感器相比,系统测量误差小于1.5~7.0%,实现了CH4浓度的精确检测。

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