吸收光谱式双波段四探测器检测可燃性气体浓度研究

　　可燃气体主要指甲烷(CH4) 和一氧化碳(CO)。笔者在实验室中采用了吸收光谱式双波段四探测器;在对探测器输出的微弱、微变信号利用仪用放大器放大时，借助补偿法将其与静态工作点 分离并抵消其漂移影响;采用去极值软件滤波和对环境因素进行补偿等措施减少了环境条件变化、探测光强度和探测器响应度变化的影响，提高了对可燃性气体浓度 检测的精度。

　　1吸收光谱式双波段四探测器原理分析

　　吸收光谱式双波段四探测器检测可燃气体是对双波段双探测器检测可燃气体方法的改进。红外光经过可燃性气体时，反映其浓度的透射比τa 符合朗伯一

　　吸收光谱式双波段四探测器检测可燃气体原理如图1 所示。已知可燃气体一氧化碳吸收红外光波长峰值为 4.7μm、甲烷吸收峰值为1.3μm，利用镍铬丝搀入少量稀土元素制成的红外光源。在 2～25μm光谱范围内有比较均匀的出射光谱分布;采用的钽酸锂热释电探测器其响应的光谱带宽较宽。故有如下认定成立：1) 红外光源中含有待侧可燃气体吸收峰值的波长λ1(测量波长) 和可燃气体吸收峰值的带宽外波长λ2(参比波长);2) 红外探测器对测量波长λ1 和参比波长λ2其的响应度基本相同。

　　设探测器1、2、3、4 的响应度分别为K1、K2、K3、K4，被测气体的透射比为τa，气室的透射比为τ0。 光源A与光源B以80Hz频率交替发出红外光，光强分别为IA和IB。探测器1 前置测量波长λ1滤光片，交替的接收光源A反射的和光源B发出的穿过测试室的测量波长λ1探测器1 对收光源A和光源B产生的输出电压信号分别为：

　　可见透射比τa与光源辐射强度和探测器响应度无关。与双波段双探测器相比这种双波段四探测器更好的减少了环境、光强度和探测灵敏度波动对测量的影响。算出τa后，由朗伯一比尔(1ambert—beer)定律得出可燃性气体的浓度。

　　2补偿法微变探测信号放大电路

　　探测器输出的反应可燃气体浓度的信号是微弱缓慢变化的，在对其采样之前要进行放大和低通滤波，以供A/D转换使用。对滤波部分本文不作赘述，着重讨论对探测器输出的微变信号放大电路。探测器输出信号u：

　　u=UQ+△u (7)

　　UQ是探测器的等效静态工作点，即在一定温度、压力下无探测可燃性气体时的输出，△u是存在探测可燃性气体时探测器输出的微变信号。考虑到探测 器输出的微变信号具有直流性质，不能采用电容隔直的方法对其分离，UQ的漂移也可能掩盖微变信号△u，为此笔者采用如图2 所示的补偿法放大探测器输出的微变信号。