0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評(píng)論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫(xiě)文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會(huì)員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認(rèn)識(shí)你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

怎樣定義一款優(yōu)秀的窨井用甲烷傳感器?

Lemon媚 ? 來(lái)源:Lemon媚 ? 作者:Lemon媚 ? 2022-08-16 15:25 ? 次閱讀

評(píng)價(jià)一款傳感器是否優(yōu)秀,不應(yīng)簡(jiǎn)單羅列技術(shù)參數(shù)。沒(méi)有最好,只有最適合。應(yīng)該綜合考量測(cè)量范圍、準(zhǔn)確度、響應(yīng)時(shí)間、功耗和環(huán)境適應(yīng)性等參數(shù),找到最關(guān)鍵的指標(biāo)。

那么,安裝在窨井里的甲烷傳感器需要什么樣的特質(zhì)呢?與安裝在地上環(huán)境的甲烷報(bào)警器有什么區(qū)別?

窨井遍布城市的各個(gè)角落,從地理位置上講極其復(fù)雜多樣,無(wú)供電條件,安裝維護(hù)工作困難。而且它是一個(gè)地下封閉環(huán)境,濕度常年接近飽和,且早晚溫差較大,容易產(chǎn)生冷凝結(jié)露現(xiàn)象;尤其是在雨季,還時(shí)常發(fā)生水澇。所以,安裝在窨井里的甲烷傳感器最重要的特質(zhì)是要能夠適應(yīng)這種復(fù)雜惡劣環(huán)境。

窨井這樣的復(fù)雜環(huán)境對(duì)甲烷傳感器會(huì)產(chǎn)生哪些影響?本文將向您詳細(xì)介紹。

一、激光甲烷結(jié)構(gòu)

按照功能劃分,激光甲烷傳感器一般分為三部分,一是光源即激光器,二是光學(xué)探測(cè)氣室,三是控制電路模塊??刂齐娐纺K控制激光器按照特定方式進(jìn)行波長(zhǎng)掃描輸出,激光器光束輸入到光學(xué)探測(cè)氣室上,與待測(cè)氣氛接觸。若待測(cè)氣氛含有甲烷氣體,該氣體吸收對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光束能量,光束輸出至控制電路模塊。經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)采集后在嵌入式系統(tǒng)中進(jìn)行反演計(jì)算,得到甲烷氣體濃度。

光學(xué)探測(cè)氣室主要的目的是將激光器輸出的光束照射到待測(cè)氣氛,經(jīng)氣體吸收后,出射至光電探測(cè)器上。

二、光路結(jié)構(gòu)影響分析

對(duì)于光路結(jié)構(gòu),在實(shí)際探測(cè)中會(huì)受到傳輸光束過(guò)程中的散射影響,光學(xué)反射面上的冷凝液滴影響。具體為

散射影響

散射是指光子與空氣中的分子或是懸浮粒子彈性碰撞之后,改變行進(jìn)方向。生活中常見(jiàn)的散射可概分為兩種:瑞利散射(Rayleigh scattering)和米氏散射(Mie scattering),示意圖如圖。

瑞利散射是指當(dāng)光照到直徑比光波長(zhǎng)小很多的粒子,光會(huì)向四面八方散射,而且光的波長(zhǎng)越短,散射強(qiáng)度越大;米氏散射是指光照到直徑跟光波長(zhǎng)相當(dāng),或是比光波長(zhǎng)還要大的粒子(煙霧,液滴,塵埃)時(shí),光主要會(huì)沿著原本行進(jìn)的方向散射。但與瑞利散射不同,米氏散射的散射強(qiáng)度和波長(zhǎng)并沒(méi)有固定關(guān)系??諝庵械奈⒘?huì)造成米氏散射,而且當(dāng)微粒大小與波長(zhǎng)相近時(shí),會(huì)有散射現(xiàn)象。例如水滴組成云與可見(jiàn)光的波長(zhǎng)大小相當(dāng),因此發(fā)生米氏散射,形成白色的云彩。

pYYBAGL7RNyAA5iBAAEhyFMQJYk021.png

圖1 散射示意圖

在氣室待測(cè)氣氛的光路上若存在微液滴,根據(jù)甲烷對(duì)應(yīng)的吸收波長(zhǎng)1.6um,會(huì)發(fā)生米氏散射。造成光束傳輸方向改變,部分光束不能到達(dá)光電探測(cè)器,造成探測(cè)光束功率下降,下降的幅度隨水滴數(shù)量、直徑大小相關(guān)。

透射面、反射面冷凝液滴

在光路氣室中,為了實(shí)現(xiàn)在有限體積內(nèi)提高光程,提高測(cè)量下限,一般會(huì)設(shè)計(jì)單次、多次反射,在反射面處出現(xiàn)冷凝液滴。這些冷凝液滴將形成小的光學(xué)透鏡,改變光束反射角度,導(dǎo)致設(shè)計(jì)入射到光電探測(cè)器的光束偏移到別處。光電探測(cè)器的面積有限,一般為0.5平方毫米、1平方毫米,大的也不過(guò)2~10平方毫米。當(dāng)透射面、反射面出現(xiàn)冷凝液滴時(shí),冷凝液滴起到透鏡的作用,將光線折射到其他角度,一旦偏離接收面,則探測(cè)器無(wú)法接收到光束能量無(wú)法測(cè)量,下降的幅度隨水滴數(shù)量、直徑大小和鏡面分布有關(guān)。

本文模擬了一種激光光源光束照射到反射面上,然后反射進(jìn)入光電探測(cè)器上,同時(shí)對(duì)比了反射面結(jié)露時(shí),其他條件不變,仿真進(jìn)入光電探測(cè)器上的光束功率。從仿真結(jié)果看,當(dāng)液滴出現(xiàn)在反射面中心時(shí),接收到的光功率不足入射值的0.1%,這樣給探測(cè)帶來(lái)了很大難度。

pYYBAGL7RT2AacLZAAA9erjukLU973.png

圖2 反射光路示意圖

poYBAGL7RS2AVwRqAAB_OKesEBY078.png

圖3 鏡面中心無(wú)水滴,其他地方有水滴示意圖

pYYBAGL7RU-ATNVeAACNDSNtM34967.png

圖4 鏡面中心有水滴時(shí)示意圖

現(xiàn)實(shí)環(huán)境

剛才提到了兩種影響光路的因素,一是液滴、灰塵散射、二是冷凝液滴?,F(xiàn)實(shí)中出現(xiàn)極端天氣時(shí),我們會(huì)發(fā)現(xiàn)下大雨、沙塵暴時(shí)出現(xiàn)影響我們?nèi)搜塾^察的情況,特別是沙塵暴,經(jīng)常導(dǎo)致幾米外看不到任何東西,只有漫漫黃沙。但是甲烷傳感器應(yīng)用時(shí),因?yàn)楣饴芬话阒挥?0cm或者更短,這么短的距離下沙塵暴的影響沒(méi)有想象的大。特別是傳感器外面一般配有防塵罩,導(dǎo)致灰塵進(jìn)入光路的數(shù)量更低,因此液滴、灰塵散射的影響不大。

冷凝液滴呢,戴眼鏡的朋友都有這種體會(huì),當(dāng)我們進(jìn)入浴室時(shí),眼鏡上出現(xiàn)一層“霧氣”,這層霧氣就是冷凝液滴。

什么時(shí)候出現(xiàn)這種情況?根據(jù)濕度定義,當(dāng)眼鏡鏡片的露點(diǎn)溫度低于環(huán)境露點(diǎn)溫度時(shí),鏡片上會(huì)出現(xiàn)氣態(tài)水氣飽和變?yōu)橐簯B(tài)液滴的情況。這種情況一般為氣態(tài)水分子數(shù)量一定、不同介質(zhì)上存在溫度差,導(dǎo)致在低溫介質(zhì)上出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。換句話說(shuō),對(duì)于封閉系統(tǒng),氣態(tài)水氣分子數(shù)相對(duì)固定,但是外界溫度變化時(shí),易出現(xiàn)冷凝。這種場(chǎng)景在生活中較多見(jiàn),比如甲烷測(cè)量時(shí)在窨井下,當(dāng)外界溫度驟變時(shí),窨井內(nèi)傳感器各部件因?yàn)椴馁|(zhì)不同,比熱容不一致,造成溫差,導(dǎo)致在鏡面處出現(xiàn)冷凝。因?yàn)槔淠植技靶∫旱涡纬纱笠旱尉哂幸欢ǖ碾S機(jī)性,若出現(xiàn)在光束中心位置,則導(dǎo)致光功率大幅度衰減無(wú)法測(cè)量。

pYYBAGL7RNyATybGAACQN8c222A218.png

圖5 冷凝液滴示意圖

四、綜述

甲烷傳感器的各項(xiàng)性能指標(biāo)都非常重要,比如測(cè)量下限、測(cè)量誤差等。但是針對(duì)窨井環(huán)境,作為一款報(bào)警器,在實(shí)際應(yīng)用中,能在水淹、冷凝液滴和其他環(huán)境干擾下長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行泄漏報(bào)警監(jiān)測(cè),不漏報(bào)不誤報(bào)才是用戶(hù)更關(guān)心的。

光感慧智推出的激光甲烷監(jiān)測(cè)產(chǎn)品——點(diǎn)式激光傳感模塊,環(huán)境耐受性好,抗結(jié)露、抗水淹,適用于各種復(fù)雜惡劣的環(huán)境。

審核編輯 黃昊宇

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫(xiě)或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問(wèn)題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
  • 儀器儀表
    +關(guān)注

    關(guān)注

    5

    文章

    7858

    瀏覽量

    44520
  • 激光傳感器
    +關(guān)注

    關(guān)注

    2

    文章

    152

    瀏覽量

    21414
收藏 人收藏

    評(píng)論

    相關(guān)推薦

    使用ADS1220設(shè)計(jì)一款電路用來(lái)采集個(gè)電阻橋式傳感器,使用內(nèi)部的2.048V基準(zhǔn)作為基準(zhǔn)電壓?

    請(qǐng)教個(gè)問(wèn)題。我使用ADS1220設(shè)計(jì)一款電路用來(lái)采集個(gè)電阻橋式傳感器。設(shè)計(jì)的時(shí)候我想使用內(nèi)部的2.048V基準(zhǔn)作為基準(zhǔn)電壓,以下為電路圖。 但是我在看技術(shù)手冊(cè)的時(shí)候,有這么
    發(fā)表于 01-06 06:00

    【CW32模塊使用】MQ-4甲烷檢測(cè)傳感器

    轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-4氣體傳感器中對(duì)甲烷的靈敏度高,對(duì)丙烷,丁烷也有較好的靈敏度。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體,特別是天然氣,是一款適合多種應(yīng)用的低成本
    的頭像 發(fā)表于 12-30 11:36 ?118次閱讀
    【CW32模塊使用】MQ-4<b class='flag-5'>甲烷</b>檢測(cè)<b class='flag-5'>傳感器</b>

    一款基于各向異性磁電阻(AMR)技術(shù)的角度傳感器IC-AM100

    磁阻角度傳感芯片 - AM100是一款基于各向異性磁電阻(AMR)技術(shù)的角度傳感器IC。它產(chǎn)生個(gè)模擬輸出電壓,該電壓隨通過(guò)傳感器表面磁通量
    的頭像 發(fā)表于 12-02 15:50 ?159次閱讀
    <b class='flag-5'>一款</b>基于各向異性磁電阻(AMR)技術(shù)的角度<b class='flag-5'>傳感器</b>IC-AM100

    INA828設(shè)計(jì)一款肌肉電傳感器,如何降低失調(diào)電壓?

    本人正在用INA828設(shè)計(jì)一款肌肉電傳感器,想請(qǐng)教下如何降低失調(diào)電壓,最好能1uv下?。。?謝謝!
    發(fā)表于 08-16 11:57

    傳感器定義與重要性

    、傳感器定義與重要性 傳感器種能夠感應(yīng)各種非電量(如物理量、化學(xué)量、生物量等),并按照定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為便于傳輸和處理的電量(如電壓、
    的頭像 發(fā)表于 07-26 14:42 ?855次閱讀

    怎么萬(wàn)表測(cè)量溫度傳感器的好壞

    萬(wàn)表是種常用的測(cè)量工具,可以用來(lái)測(cè)量電壓、電流、電阻等參數(shù)。然而,對(duì)于溫度傳感器的測(cè)量,萬(wàn)表可能不是最佳選擇。溫度傳感器通常使用熱電偶
    的頭像 發(fā)表于 06-19 15:06 ?2572次閱讀

    光電傳感器/紅外傳感器

    剛?cè)肼毩?b class='flag-5'>一家做傳感器公司,老板讓我自己學(xué)習(xí)成為名研發(fā)人員,試用期三個(gè)月,讓我開(kāi)發(fā)出一款紅外傳感器?;旧鲜裁促Y料都沒(méi)有,讓我自己去網(wǎng)上找,
    發(fā)表于 05-30 17:58

    納芯微推出一款完全集成的高隔離電流傳感器—NSM2311

    近日,納芯微推出全新NSM2311集成式電流傳感器芯片,是一款完全集成的高隔離電流傳感器解決方案,具有出色的通流能力,原邊阻抗低至100uΩ,持續(xù)通流能力高達(dá)200A,滿(mǎn)足AECQ-100的可靠性要求。
    的頭像 發(fā)表于 05-23 14:07 ?729次閱讀
    納芯微推出<b class='flag-5'>一款</b>完全集成的高隔離電流<b class='flag-5'>傳感器</b>—NSM2311

    傳感器定義和分類(lèi)

    傳感器,作為現(xiàn)代科技的重要基石,無(wú)處不在地影響著我們的生活。從智能手機(jī)到智能家居,從工業(yè)生產(chǎn)到科學(xué)研究,傳感器都在默默地發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。那么,傳感器究竟是什么呢?又有哪些類(lèi)型呢?本文將對(duì)傳感
    的頭像 發(fā)表于 05-12 17:03 ?910次閱讀

    英飛凌和盛思銳合作推出一款支持Arduino的傳感器擴(kuò)展板

    據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道,近期,英飛凌(Infineon)推出了一款支持Arduino的傳感器擴(kuò)展板,用于評(píng)估智能家居和其它消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用中的智能傳感器系統(tǒng)。
    的頭像 發(fā)表于 04-10 09:05 ?2319次閱讀

    全員學(xué)習(xí)!各類(lèi)傳感器報(bào)警產(chǎn)生的原因及其防范措施

    傳感器引出線固定于吊環(huán)上,進(jìn)行“三扎固定”;工作面進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí),將甲烷傳感器及其關(guān)聯(lián)監(jiān)控電纜挪移至有掩體的安全位置,避免落石和碎石砸壞崩壞,放炮后及時(shí)恢復(fù)到正確位置;挪移要指定專(zhuān)人
    的頭像 發(fā)表于 03-29 09:20 ?1948次閱讀

    指紋傳感器定義 指紋傳感器的應(yīng)用

    指紋傳感器定義 指紋傳感器的應(yīng)用? 指紋傳感器種生物識(shí)別技術(shù),通過(guò)檢測(cè)和分析人體指紋特征來(lái)驗(yàn)證用戶(hù)身份。它基于指紋獨(dú)特性和穩(wěn)定性的基本
    的頭像 發(fā)表于 03-05 17:35 ?3222次閱讀

    利用太赫茲超構(gòu)表面開(kāi)發(fā)一款革命性的生物傳感器

    據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道,近期,倫敦瑪麗女王大學(xué)(Queen Mary University of London)和格拉斯哥大學(xué)(University of Glasgow)多學(xué)科研究人員展開(kāi)合作,利用太赫茲超構(gòu)表面(Metasurface)開(kāi)發(fā)了一款革命性的生物傳感器
    的頭像 發(fā)表于 02-25 10:23 ?794次閱讀
    利用太赫茲超構(gòu)表面開(kāi)發(fā)<b class='flag-5'>一款</b>革命性的生物<b class='flag-5'>傳感器</b>

    如何選擇TLE9853QX適配傳感器

    我想制作一款傳動(dòng)比為1:500的執(zhí)行,需要在執(zhí)行輸出端配置傳感器,實(shí)現(xiàn)執(zhí)行輸出角度檢測(cè),防夾功能和push to run功能,目前需要
    發(fā)表于 02-02 08:07

    村田發(fā)布了一款新的6軸MEMS慣性傳感器SCH16T-K01

    據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道,綜合電子元器件全球制造商村田(Murata)近日發(fā)布了一款新的6軸MEMS慣性傳感器SCH16T-K01,可實(shí)現(xiàn)高精度機(jī)器控制和定位應(yīng)用。
    的頭像 發(fā)表于 01-17 09:59 ?1089次閱讀
    村田發(fā)布了<b class='flag-5'>一款</b>新的6軸MEMS慣性<b class='flag-5'>傳感器</b>SCH16T-K01