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中红外二氧化碳传感器的研制及在农业中的应用

发布时间:2018-09-03 16:54
【摘要】:利用二氧化碳气体分子在4.25μm处的基频吸收带,研制了一种差分式中红外二氧化碳检测系统.系统的光路部分由热辐射红外光源、双通道热释电探测器和球面反射镜构成,电路部分主要包括信号处理、光源驱动及主控模块.采用Tracepro软件对气室结构进行仿真和优化设计,使气体吸收光程达到30cm,改善了系统的性能.实验研究了系统对不同浓度二氧化碳气体样品的传感特性.实验结果表明,由拟合曲线得到的浓度与实际浓度误差较小,在0~5 000ppm范围内,测得二氧化碳浓度的标准差小于45ppm,而在500ppm以下,测量浓度的标准差小于5ppm;对浓度为0ppm的二氧化碳气体样品连续测量2h,测量结果的标准差约为2.8ppm;根据Allan方差分析得到系统的1σ检测下限为2.5ppm.在每个二氧化碳传感器上增加无线模块nRF24L01,构成传感器节点,在选定的日光温室大棚中构建了无线传感器网络,采集了温室大棚中的二氧化碳浓度信息,验证了所研制的传感器性能.
[Abstract]:Using the fundamental absorption band of carbon dioxide at 4.25 渭 m, a differential mid-infrared carbon dioxide detection system has been developed. The optical circuit of the system is composed of a thermal radiation infrared light source, a two-channel pyroelectric detector and a spherical reflector. The circuit includes signal processing, light source driving and main control module. The structure of gas chamber is simulated and optimized by Tracepro software, which makes the light path of gas absorption reach 30 cm, and improves the performance of the system. The sensing characteristics of carbon dioxide gas samples with different concentrations were studied experimentally. The experimental results show that the error between the concentration obtained from the fitting curve and the actual concentration is relatively small. In the range of 0 ~ 5 000ppm, the standard deviation of the measured carbon dioxide concentration is less than 45 ppm, but below 500ppm. The standard deviation of the measured concentration is less than 5 ppm.The standard deviation of the measured results is about 2.8 ppmfor 2 h for the carbon dioxide gas samples with the concentration of 0ppm, and the 1 蟽 detection limit of the system is 2.5 ppm according to the Allan variance analysis. The wireless module nRF24L01, is added to each carbon dioxide sensor to form the sensor node. The wireless sensor network is constructed in the selected greenhouse, and the information of carbon dioxide concentration in the greenhouse is collected. The performance of the sensor is verified.
【作者单位】: 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区吉林大学电子科学与工程学院;
【基金】:国家科技支撑计划项目(Nos.2014BAD08B03-4,2013BAK06B04) 国家重点研发计划课题(Nos.2016YFD0700101,2016YFC0303902) 国家自然科学基金项目(Nos.61307124,61627823) 吉林省科技发展计划项目(Nos.20120707,20140307014SF) 长春市科技发展计划项目(Nos.11GH01,14KG022)资助~~
【分类号】:TP212

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本文编号:2220599

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