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六氟化硫(SF6)气体具有独特的物理、化学特性,应用领域广泛。本文基于非分光红外原理,利用电调制红外光源和热电堆探测器,设计了SF6浓度传感器,并制成样品后对其性能指标参数进行了测试。主要工作和结果如下:
首先,从高分辨率分子红外光谱数据库HITRAN database获得光谱数据,利用改进的气体吸收逐线积分模型,建立了特定波段内光源辐射能量与探测器输入信号的数学关系。再利用光机一体化设计仿真软件Lighttools5.1,基于红外光源和热电堆探测器的参数,在几种常见的气室结构中,经过仿真计算,得出了探测器输入信号强度的数量级,选择设计了一种反射式气室,并在仿真得出的物理参数和几何参数的基础上,制成了气室。
其次,设计了热电堆探测器的前置放大电路和光源的驱动电路,经过仿真,且制成实际电路,实测各项性能指标均能满足传感器工作的要求。
最后,组合上述设计制成的部件得到了SF6气体传感器,对其灵敏度、精度和稳定度的测试结果表明,在气体浓度大于500ppm的范围内能获得优于2%的精度,灵敏度优于0.13mV/ppm,稳定度优于2%。