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第1章 绪论1

1.1研究背景1

1.2气体检测传感器原理及方法概述3

1.2.1电化学检测原理及方法3

1.2.2催化燃烧式检测原理及方法3

1.2.3固态式检测原理及方法4

1.2.4光电离检测原理及方法5

1.2.5光声气体检测原理及方法6

1.2.6红外吸收光谱检测原理及方法7

1.2.7其他的气体检测原理及方法8

1.2.8自校准补偿技术及气体传感器选型依据8

1.3红外气体传感器的发展与应用概述10

1.3.1红外气体传感器检测技术10

1.3.2红外吸收光谱气体检测方法的优点11

1.3.3红外光学气体传感器的发展现状12

1.4本书研究内容及主要贡献16

1.5本章小结18

第2章 红外光学气体检测理论19

2.1光谱学的总体概述19

2.2红外吸收光谱法19

2.2.1红外吸收光谱20

2.2.2红外光谱法的基本理论21

2.2.3分子振动方式22

2.2.4分子的振动与红外吸收23

2.2.5红外吸收峰的强度24

2.3红外吸收与热探测器25

2.3.1红外吸收强度的测量25

2.3.2红外吸收定律25

2.4红外吸收光谱法气体检测模型的建立27

2.5本章小结28

第3章 红外敏感元件及探测器30

3.1热探测器的参数分析、基本原理及温度影响与补偿技术30

3.1.1热探测器的主要参数30

3.1.2热释电探测器的基本原理33

3.1.3温度对测量的影响35

3.1.4测量中的温度补偿技术36

3.2薄膜型热探测器37

3.2.1薄膜型热探测器模型的建立与热学分析37

3.2.2薄膜敏感结构的设计与制备39

3.2.3薄膜型探测器的设计与制备41

3.3硅基MEMS热电堆型探测器43

3.3.1热电堆红外探测器工作原理43

3.3.2MEMS热电堆红外传感器44

3.3.3悬臂梁结构热电堆红外探测器设计46

3.4晶体薄片式敏感元件及探测器48

3.4.1红外辐射与电信号之间的转换过程48

3.4.2晶片式探测器的热学模型48

3.4.3敏感元件的温度变化及热释电流与辐射频率之间的关系49

3.4.4敏感元件的电压响应及响应率与频率之间的关系50

3.4.5敏感元件的制备51

3.5晶片式探测器的封装技术52

3.5.1滤光片的作用与选择52

3.5.2探测器的集成与封装技术54

3.5.3探测器信号的初级检测技术56

3.5.4探测器性能实验测试与分析57

3.6本章小结57

第4章 红外光学气体传感器的设计59

4.1双通道检测方法59

4.2红外探测光源62

4.3集成式微型光学气室结构设计65

4.3.1单一气体传感器气室设计65

4.3.2双气体传感器气室设计67

4.3.3三气体传感器气室设计68

4.3.4光学气室尺寸确定69

4.3.5光学气室镀膜70

4.4红外光学气体传感器的集成封装设计71

4.5本章小结73

第5章 红外光学气体传感检测系统的设计与实现74

5.1传感器检测系统设计74

5.2微弱信号检测方法75

5.2.1选频加窄带通滤波器的方法76

5.2.2系统的抗干扰措施77

5.3红外传感检测系统电路设计78

5.3.1电源模块电路78

5.3.2微处理单元电路78

5.3.3红外光源驱动及稳流电路79

5.3.4数码显示驱动电路80

5.3.5信号调理电路82

5.4数据传输方式83

5.4.1 CAN总线的数据传输方式83

5.4.2射频识别技术与无线数据传输方式84

5.5红外传感检测系统的防爆设计87

5.5.1防爆原理87

5.5.2防爆措施88

5.5.3红外光源防爆性能测试88

5.5.4防爆外壳的设计89

5.6红外检测系统防尘防水设计92

5.7红外检测系统的实现92

5.7.1工业用防爆型危化气体检测红外气体传感器94

5.7.2矿用便携式红外甲烷传感器94

5.7.3安全火灾双气体红外检测传感器96

5.8本章小结97

第6章 气体浓度的计算方法及补偿技术98

6.1信号的数据采集方法98

6.2数据查表气体浓度计算方法100

6.2.1数据查表方法的基本理论及方法100

6.2.2数据查表法的线性插值求解方法101

6.2.3漂移量平分的两点校准法103

6.2.4查表计算方法中的温度补偿技术104

6.2.5数据查表法的软件设计流程105

6.3函数模型计算法与参数校准计算法106

6.3.1函数计算法模型的建立106

6.3.2各参数的实验确定方法109

6.3.3函数计算法中的温度补偿技术110

6.3.4气体传感器的计算方法与校准方法111

6.3.5函数计算法的浓度计算软件设计112

6.3.6实验测试数据分析112

6.4本章小结114

第7章 检测样机的标定、环境考核与应用实践116

7.1传感器检测系统标定测试116

7.1.1传感器检测系统标定测试116

7.1.2传感器检测系统标定实验数据分析118

7.2环境适应性模拟试验119

7.3危险气体检测中的应用实践122

7.3.1森林火灾及化工企业安全生产中的验证试验122

7.3.2危险气体安全贮运与跟踪网络化微系统中的验证试验124

7.4本章小结127

第8章 多敏感元件与光源集成一体化的红外气体传感器128

8.1概述128

8.2集成纳米结构的红外光源和红外敏感元研究现状129

8.3基于黑硅吸收层的多层纳米膜探测器132

8.4共面集成纳米结构的多气体微纳传感器134

8.5本章小结137

结论138

参考文献140