基于红外光谱吸收原理的红外瓦斯传感器的实验
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第 ３１卷第 ４期
煤 炭 学 报
Ｖｏｌ．３１ Ｎｏ．４
２００６年 ８月
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＨＩＮＡＣＯＡＬＳＯＣＩＥＴＹ
Ａｕｇ． ２００６
文章编号：０２５３－９９９３（２００６）０４－０４８０－０４
基于红外光谱吸收原理的红外瓦斯传感器的实验
张 雷，尹王保，董 磊，李霖峰，窦海鹏，贾锁堂
（山西大学 物理电子工程学院 量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 ０３０００６）
摘 要：针对目前传统瓦斯传感器的缺点，借鉴现有的红外气体分析器的设计思路，研制了基于
红外光谱吸收原理的红外瓦斯传感器．它采用开腔气室结构及单光束双波长探测技术，在实验室
里通过对不同浓度的甲烷气体进行测量得到了其浓度反演式．在实验测量中，当瓦斯浓度小于
２２％时，误差为 ０１％；当瓦斯浓度超过 ２２％时，误差小于 １％．
关键词：红外光谱吸收；瓦斯传感器；开腔测量
中图分类号：ＴＤ７１２５５ 文献标识码：
Ａ
收稿日期：２００５
－
１２
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１４
作者简介：张 雷 （１９８１－），男，山西运城人，博士研究生．Ｔｅｌ：０３５１－７０１８９０４，Ｅ－ｍａｉｌ：Ｋ１２２６＠ｓｘｕｅｄｕｃｎ
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｏｆａｎｉｎｆｒａｒｅｄｇａｓｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎ
ｉｎｆｒａｒｅｄａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒｕｍ ｔｈｅｏｒｙｉｎｌａｂｏｒａｔｏｒｙ
ＺＨＡＮＧＬｅｉ，ＹＩＮＷａｎｇｂａｏ，ＤＯＮＧＬｅｉ，ＬＩＬｉｎｆｅｎｇ，ＤＯＵＨａｉｐｅｎｇ，ＪＩＡＳｕｏｔａｎｇ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＱｕａｎｔｕｍ ＯｐｔｉｃｓａｎｄＱｕａｎｔｕｍ ＯｐｔｉｃｓＤｅｖｉｃｅｓ，ＳｈａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉｙｕａｎ
０３０００６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｉｎｆｒａｒｅｄｇａｓｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎｉｎｆｒａｒｅｄａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒｕｍ ｔｈｅｏｒｙｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｎｆｒａｒｅｄｇａｓａｎａｌｙｚｅｒｓ，ｆｏｒｔｈｅｒｅａｒｅｓｏｍｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓｉｎｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｇａｓｓｅｎ
ｓｏｒｓ．Ｉｔｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｏｆｓｉｎｇｌｅｌｉｇｈｔｂｅａｍａｎｄｄｏｕｂｌｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｂａｃｋｉｎ
ｄｕｃｅｄｆｏｒｍｕｌａｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｖａｒｉａｂｌｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｍｅｔｈａｎｅｇａｓｅｓｉｎｌａｂｏｒａｔｏｒｙ．
Ｉｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｍｅｔｈａｎｅｉｓｂｅｌｏｗ２２％，ｔｈｅｅｒｒｏｒｗｉｌｌｂｅ０１％；ａｎｄｗｈｅｎｔｈｅｃｏｎｃｅｎ
ｔｒａｔｉｏｎｅｘｃｅｅｄｓ２２％，ｔｈｅｅｒｒｏｒｗｉｌｌｂｅｌｅｓｓｔｈａｎ１％．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｆｒａｒｅｄａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒｕｍ；ｇａｓｓｅｎｓｏｒ；ｏｐｅｎｐａｔｈｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
目前我国煤矿井下使用最普遍的有载体催化燃烧式
［１，２］
、光干涉式
［３］
、热传导式
［４］
等 ３种瓦斯传感
器，但它们检测技术落后，检测范围窄，调校频繁，使用操作繁琐，极易因误报或漏报而导致事故．随着
激光器件和激光技术的发展，国内外近年来均报道了大量采用近红外激光二极管或近红外发光二极管作检
测光源的瓦斯传感器
［５，６］
．这类瓦斯传感器无论灵敏度或测量范围等都达到了一个较高的水平，但近万元
的制造成本很难在煤矿生产实际中得到推广应用．因此，提出了基于红外光谱吸收原理的红外瓦斯传感器
并在实验室运行成功．
１ 红外瓦斯传感器工作原理
当某物质受到红外光束照射时，该物质的分子就要吸收一部分光能量并将其转换为分子的振动和转动
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