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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