紅外濾光膜的研究及其在氣體傳感器中的應用
發(fā)布時間：2020-12-22 00:14
甲烷和乙烷屬于易燃易爆氣體,并且與人們的日常生活和生產(chǎn)安全息息相關,因此實現(xiàn)對甲烷與乙烷氣體的實時定量監(jiān)測有著重要意義。相比于其他氣體探測器,非分光紅外光學吸收型氣體傳感器具有體積小、選擇性好、響應時間短等優(yōu)點,因此得到了廣泛的關注。為滿足非分光紅外光學吸收型氣體傳感器的探測要求,本文分析了光學濾波器對氣體探測系統(tǒng)的影響,研制了一種中心探測波長透過,其余波段截止的光學濾波器。通過對甲烷與乙烷氣體分子的紅外吸收光譜進行研究,確定了目標探測氣體的特征吸收波長,選擇紅外光源和紅外探測器,最終搭建了3.3μm中波氣體探測系統(tǒng)。根據(jù)甲烷與乙烷氣體的紅外吸收系數(shù)、光源強度、探測器響應度以及其他干擾氣體的吸收光譜,對紅外濾光膜帶寬與氣體探測系統(tǒng)靈敏度和透射光強的函數(shù)關系進行研究,并建立新型評價函數(shù),通過使用Mathcad軟件模擬分析確定紅外濾光膜的技術指標。根據(jù)材料光學特性,選擇光電二極管和砷化鎵作為基底材料,Ge和Nb2O5分別作為高低折射率薄膜材料,依據(jù)光學薄膜理論,使用TFCalc軟件設計出3.3μm、6.7μm和7.6μm帶通濾光膜,并使用直流脈沖...
【文章來源】：長春理工大學吉林省
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
NDIR氣體傳感器實物圖
圖 1.1 NDIR 氣體傳感器實物圖DIR 氣體傳感器主要由紅外光源、光學濾波器(氣室)和紅外探測器構成[12如圖 1.2 所示。它的工作原理是紅外光源發(fā)出具有連續(xù)光譜的紅外光信通過含有目標氣體的氣室時，會對特定波長的紅外光產(chǎn)生強烈的吸收導紅外光強度降低，再經(jīng)由濾光膜到達探測器，通過測量特定波長處探測強度信號，根據(jù)比爾朗伯定律就可以得到目標氣體的濃度。其中光學濾測系統(tǒng)中的核心部件之一，通過在基底上沉積不同厚度的高低折射率薄器件的光學性能，能夠降低甚至消除其他干擾氣體如水蒸氣、二氧化碳影響，降低探測系統(tǒng)的虛警率，對系統(tǒng)的探測精度起著至關重要的作用
同時還對帶通濾光膜帶寬對氣體探測系統(tǒng)的影響確定帶通濾光膜的技術參數(shù)。外吸收光譜分析對紅外光譜具有選擇吸收的特性，這主要是由于氣體分子氣體分子的運動包括電子的運動、分子內(nèi)原子的振動和分子致了不同的能級結(jié)構，分為電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能射分子時，如果光子的能量正好等于兩個能級能量之差且那么分子就會實現(xiàn)從低能級到高能級的躍遷。不同能級的其中分子的電子能級躍遷需要吸收的能量最大，通常出現(xiàn)能級躍遷所需的能量比轉(zhuǎn)動能級躍遷的大，這兩種能級躍用紅外光照射分子時，振動能級躍遷和轉(zhuǎn)動能級躍遷常常帶狀光譜，這就是紅外吸收光譜。但有一些如 N2、O2等具矩，在振動過程中不會出現(xiàn)偶極矩的變化，也不會產(chǎn)生相能通過紅外光譜吸收法來標定它們的身份和濃度信息。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]紅外熱成像甲烷探測系統(tǒng)的雙通帶濾波器[J]. 付秀華,劉文奇,尹士平,劉克武,劉冬梅. 光學學報. 2018(12)
[2]高精度中紅外大氣C2H6傳感系統(tǒng)的研制[J]. 葉瑋琳,孟永賢,周波,余紅志,何迅,吳福培,鄭志丹,鄭傳濤. 光學學報. 2018(03)
[3]基于甲烷氣體紅外吸收特性窄帶濾波器的研究[J]. 熊仕富,付秀華,劉冬梅,張靜. 光子學報. 2017(10)
[4]甲烷氣體探測與識別系統(tǒng)窄帶濾光膜的研制[J]. 熊仕富,付秀華,劉冬梅,張靜,范家晨. 中國激光. 2017(03)
[5]氧氣流量和濺射功率對脈沖直流磁控濺射制備Nb2O5薄膜性能的影響[J]. 彭壽,李剛,蔣繼文,鐘汝梅. 玻璃. 2016(02)
[6]人體呼出氣分析的技術進展及其在非侵入式醫(yī)學診斷方面的臨床應用前景[J]. 李雯雯,段憶翔. 化學進展. 2015(04)
[7]2008—2013年我國煤礦瓦斯事故規(guī)律分析[J]. 景國勛. 安全與環(huán)境學報. 2014(05)
[8]中心波長14.95μm超窄帶濾光片的研制[J]. 張麟,倪榕,黃春,李斌,劉定權. 光學學報. 2014(07)
[9]Ge薄膜性能及其在光子計數(shù)成像探測器中的應用[J]. 李云鵬,鄭鑫,張宏吉,王孝東,陳波,曹健林. 光學精密工程. 2014(05)
[10]紅外甲烷傳感器與催化甲烷傳感器性能比較研究[J]. 卓邦遠,呂賢帝,劉海波. 科技創(chuàng)新導報. 2010(17)
碩士論文
[1]一種新型紅外甲烷氣體傳感器的研究[D]. 胡平.華東理工大學 2015
本文編號：2930777
【文章來源】：長春理工大學吉林省
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
NDIR氣體傳感器實物圖
圖 1.1 NDIR 氣體傳感器實物圖DIR 氣體傳感器主要由紅外光源、光學濾波器(氣室)和紅外探測器構成[12如圖 1.2 所示。它的工作原理是紅外光源發(fā)出具有連續(xù)光譜的紅外光信通過含有目標氣體的氣室時，會對特定波長的紅外光產(chǎn)生強烈的吸收導紅外光強度降低，再經(jīng)由濾光膜到達探測器，通過測量特定波長處探測強度信號，根據(jù)比爾朗伯定律就可以得到目標氣體的濃度。其中光學濾測系統(tǒng)中的核心部件之一，通過在基底上沉積不同厚度的高低折射率薄器件的光學性能，能夠降低甚至消除其他干擾氣體如水蒸氣、二氧化碳影響，降低探測系統(tǒng)的虛警率，對系統(tǒng)的探測精度起著至關重要的作用
同時還對帶通濾光膜帶寬對氣體探測系統(tǒng)的影響確定帶通濾光膜的技術參數(shù)。外吸收光譜分析對紅外光譜具有選擇吸收的特性，這主要是由于氣體分子氣體分子的運動包括電子的運動、分子內(nèi)原子的振動和分子致了不同的能級結(jié)構，分為電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能射分子時，如果光子的能量正好等于兩個能級能量之差且那么分子就會實現(xiàn)從低能級到高能級的躍遷。不同能級的其中分子的電子能級躍遷需要吸收的能量最大，通常出現(xiàn)能級躍遷所需的能量比轉(zhuǎn)動能級躍遷的大，這兩種能級躍用紅外光照射分子時，振動能級躍遷和轉(zhuǎn)動能級躍遷常常帶狀光譜，這就是紅外吸收光譜。但有一些如 N2、O2等具矩，在振動過程中不會出現(xiàn)偶極矩的變化，也不會產(chǎn)生相能通過紅外光譜吸收法來標定它們的身份和濃度信息。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]紅外熱成像甲烷探測系統(tǒng)的雙通帶濾波器[J]. 付秀華,劉文奇,尹士平,劉克武,劉冬梅. 光學學報. 2018(12)
[2]高精度中紅外大氣C2H6傳感系統(tǒng)的研制[J]. 葉瑋琳,孟永賢,周波,余紅志,何迅,吳福培,鄭志丹,鄭傳濤. 光學學報. 2018(03)
[3]基于甲烷氣體紅外吸收特性窄帶濾波器的研究[J]. 熊仕富,付秀華,劉冬梅,張靜. 光子學報. 2017(10)
[4]甲烷氣體探測與識別系統(tǒng)窄帶濾光膜的研制[J]. 熊仕富,付秀華,劉冬梅,張靜,范家晨. 中國激光. 2017(03)
[5]氧氣流量和濺射功率對脈沖直流磁控濺射制備Nb2O5薄膜性能的影響[J]. 彭壽,李剛,蔣繼文,鐘汝梅. 玻璃. 2016(02)
[6]人體呼出氣分析的技術進展及其在非侵入式醫(yī)學診斷方面的臨床應用前景[J]. 李雯雯,段憶翔. 化學進展. 2015(04)
[7]2008—2013年我國煤礦瓦斯事故規(guī)律分析[J]. 景國勛. 安全與環(huán)境學報. 2014(05)
[8]中心波長14.95μm超窄帶濾光片的研制[J]. 張麟,倪榕,黃春,李斌,劉定權. 光學學報. 2014(07)
[9]Ge薄膜性能及其在光子計數(shù)成像探測器中的應用[J]. 李云鵬,鄭鑫,張宏吉,王孝東,陳波,曹健林. 光學精密工程. 2014(05)
[10]紅外甲烷傳感器與催化甲烷傳感器性能比較研究[J]. 卓邦遠,呂賢帝,劉海波. 科技創(chuàng)新導報. 2010(17)
碩士論文
[1]一種新型紅外甲烷氣體傳感器的研究[D]. 胡平.華東理工大學 2015
本文編號：2930777
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/2930777.html
最近更新
教材專著
