針對主流式非分散紅外(NDIR)呼吸CO₂監(jiān)測系統(tǒng)靈敏度及信噪比低下的問題,提出利用復合拋物面聚光器(CPC)提升監(jiān)測系統(tǒng)性能的方法。利用ZEMAX模擬光室并優(yōu)化CPC和常用的圓管聚光器以及錐形聚光器,采用單光源雙光路的主流式一體化方法進行監(jiān)測系統(tǒng)的氣室設(shè)計,以STM32F100為主控芯片實現(xiàn)硬件系統(tǒng)控制,對具有不同光室結(jié)構(gòu)的監(jiān)測系統(tǒng)進行CO₂濃度標定和實時人體呼吸檢測實驗,獲取其CO₂濃度與系統(tǒng)輸出信號的對應(yīng)關(guān)系和CO₂波形圖。結(jié)果表明,CPC光室其模擬光學效率為4.3%,比常用的聚光器最高可提升89.77倍;裝有CPC的監(jiān)測系統(tǒng)其靈敏度與信噪比為8.940 7、24.65,比裝有常用聚光器的系統(tǒng)的靈敏度最高可提升3.811倍、信噪比提升1.926倍;并且安裝CPC的系統(tǒng)運行穩(wěn)定,響應(yīng)快,能夠?qū)崟r的反應(yīng)出被測者的呼吸CO₂波形圖。

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