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
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會(huì)員中心
电子发烧友
开通电子发烧友VIP会员 尊享10大特权
海量资料免费下载
精品直播免费看
优质内容免费畅学
课程9折专享价
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

開發(fā)一種用于逸散性甲烷排放量化檢測(cè)的氣體傳感器

MEMS ? 來源:MEMS ? 2023-02-14 17:43 ? 次閱讀

甲烷是地球大氣中僅次于水蒸氣和二氧化碳的第三大溫室氣體,由于人類活動(dòng),其濃度一直在穩(wěn)步增加。減少甲烷排放至關(guān)重要,因?yàn)榧淄閷?duì)當(dāng)前全球變暖的貢獻(xiàn)約為25%。目前已開發(fā)了許多傳感技術(shù)來減少甲烷排放。

吸收光譜可以在多種系統(tǒng)中提供定量、非侵入式的氣體測(cè)量。目前已經(jīng)開發(fā)出許多激光吸收傳感器用于氣體傳感應(yīng)用中的甲烷檢測(cè)。這些傳感器是針對(duì)甲烷吸收光譜的中紅外和近紅外區(qū)域開發(fā)的。直接吸收和光聲技術(shù)已被用于開發(fā)大氣甲烷傳感器,這種傳感器使用分布反饋式(DFB)二極管激光器,其工作在1.6 μm附近的近紅外波段(對(duì)應(yīng)于甲烷的2v?帶)。

基于非線性光學(xué)的差頻產(chǎn)生(DFG)系統(tǒng)非常復(fù)雜且功率低。量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)和帶間級(jí)聯(lián)激光器(ICL)更加具有緊湊性、魯棒性和用戶友好性,并在甲烷檢測(cè)方面受到了廣泛關(guān)注。然而,以前的傳感策略并沒有設(shè)計(jì)成在存在來自其他物質(zhì)的強(qiáng)烈吸收干擾的情況下檢測(cè)甲烷。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,近日,沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)(King Abdullah University of Science and Technology,KAUST)開發(fā)了一種基于中紅外激光器的氣體傳感器,用于逸散性甲烷排放的量化檢測(cè)。該傳感器是基于工作在3.3μm附近的分布式反饋帶間級(jí)聯(lián)激光器設(shè)計(jì)的。利用倒譜分析進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)諧,以將甲烷吸光度與(1)基線激光強(qiáng)度的波動(dòng)和(2)干擾物質(zhì)的吸光度區(qū)分開。該傳感器的最低檢測(cè)限(MDL)約為?110 ppm,這可以通過光學(xué)腔來改善。所提出的傳感策略可用于在惡劣環(huán)境中以及在環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用中存在干擾物質(zhì)的情況下測(cè)量甲烷泄漏。

在本研究中,所開發(fā)的氣體傳感器使用了分布式反饋帶間級(jí)聯(lián)激光器,發(fā)射波長(zhǎng)接近3.3 μm,輸出功率約為?1 mW。兩個(gè)ZnSe窗口安裝在10 cm的氣體采樣室上。傳輸信號(hào)DC耦合的TE冷卻光電探測(cè)器收集。通過1kHz掃描速率下激光注入電流的線性斜坡將激光波長(zhǎng)調(diào)諧在3037-3039.5 cm?1范圍內(nèi),并使用7.62 cm鍺法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具將掃描時(shí)間轉(zhuǎn)換為頻率(波數(shù))。

12d54a7a-a861-11ed-bfe3-dac502259ad0.jpg

甲烷傳感器的光學(xué)示意圖

研究人員使用改進(jìn)的自由感應(yīng)衰減(m-FID)信號(hào)從測(cè)量的透射激光強(qiáng)度中推測(cè)甲烷濃度。在倒譜分析中,大多數(shù)分子響應(yīng)都不受基線強(qiáng)度的影響。m-FID信號(hào)未受影響的部分可以通過最小二乘法擬合到已知模型,以獲得氣體濃度。

12f13be0-a861-11ed-bfe3-dac502259ad0.jpg

流程圖:m-FID信號(hào)的最小二乘擬合以推測(cè)甲烷濃度

研究人員對(duì)空氣中甲烷和苯的各種混合物進(jìn)行了測(cè)量。通過仔細(xì)選擇掃描指數(shù)(激光調(diào)諧范圍與光譜線寬之比)以及m-FID信號(hào)擬合的初始和結(jié)束時(shí)間,可以在具有代表性的干擾物質(zhì)苯的存在下對(duì)甲烷進(jìn)行精確測(cè)量。所開發(fā)的傳感器在T=23℃和P=1 atm時(shí)的MDL約為110 ppm,可用于測(cè)量環(huán)境條件下的甲烷濃度。通過使用更長(zhǎng)的光學(xué)單元、多通道單元或光學(xué)腔來增加激光路徑長(zhǎng)度,可將MDL降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

12fd9296-a861-11ed-bfe3-dac502259ad0.jpg

通過m-FID方法和傳統(tǒng)方法測(cè)量的甲烷濃度的比較。在實(shí)驗(yàn)條件下,最低檢測(cè)限為110ppm。

基于吸收光譜的激光傳感器已被開發(fā)用于無干擾和無基線的甲烷濃度測(cè)量。該技術(shù)使用倒譜分析生成m-FID信號(hào),能夠?qū)⒓淄槲舛扰c苯吸光度和基線激光強(qiáng)度分離開來。激光器在2.5 cm?1范圍內(nèi)調(diào)諧,掃描指數(shù)約為10,透射的激光強(qiáng)度與時(shí)域中模擬的甲烷吸收信號(hào)進(jìn)行最小二乘擬合,以推測(cè)甲烷濃度。擬合窗口被限制在10-70 ps,以避免干擾和基線強(qiáng)度的影響。在T=23℃和P=1 atm時(shí),該傳感器的最低檢測(cè)限約為110 ppm,可用于測(cè)量環(huán)境條件下的甲烷濃度。在惡劣環(huán)境中,該技術(shù)大大減少了基線強(qiáng)度校正的需要,其可能會(huì)引入顯著的誤差,并且該技術(shù)還充分考慮了寬帶吸收干擾。





審核編輯:劉清

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(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)問題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
  • 紅外激光器
    +關(guān)注

    關(guān)注

    0

    文章

    24

    瀏覽量

    8819
  • 氣體傳感器
    +關(guān)注

    關(guān)注

    14

    文章

    555

    瀏覽量

    37832
  • DFB
    DFB
    +關(guān)注

    關(guān)注

    1

    文章

    27

    瀏覽量

    9946
  • 傳感技術(shù)
    +關(guān)注

    關(guān)注

    4

    文章

    535

    瀏覽量

    46433

原文標(biāo)題:基于中紅外激光器的氣體傳感器,用于逸散性甲烷排放的檢測(cè)

文章出處:【微信號(hào):MEMSensor,微信公眾號(hào):MEMS】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

收藏 0人收藏

    評(píng)論

    相關(guān)推薦

    【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
    的頭像 發(fā)表于 12-30 11:36 ?294次閱讀
    【CW32模塊使用】MQ-4<b class='flag-5'>甲烷</b><b class='flag-5'>檢測(cè)</b><b class='flag-5'>傳感器</b>

    如何利用氣體壓力傳感器監(jiān)測(cè)氣體泄漏

    在化工、石油、天然氣等行業(yè)中,氣體泄漏可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故和環(huán)境污染。因此,及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)氣體泄漏對(duì)于保障人員安全和環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要。氣體壓力傳感器作為
    的頭像 發(fā)表于 12-09 18:03 ?551次閱讀

    氣體壓力傳感器的數(shù)據(jù)采集與分析

    氣體壓力傳感器是工業(yè)和科研領(lǐng)域中常用的一種傳感器,用于檢測(cè)和測(cè)量
    的頭像 發(fā)表于 12-09 16:31 ?771次閱讀

    氣體壓力傳感器的種類和特點(diǎn) 氣體壓力傳感器在環(huán)保監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

    氣體壓力傳感器的種類和特點(diǎn) 氣體壓力傳感器一種用于檢測(cè)
    的頭像 發(fā)表于 12-09 16:25 ?756次閱讀

    綜述智能氣體傳感器:近期發(fā)展與未來展望

    氣體傳感器一種傳感器,它將氣體分析物與傳感材料之間的相互作用轉(zhuǎn)換成適合進(jìn)
    的頭像 發(fā)表于 11-29 09:31 ?745次閱讀
    綜述智能<b class='flag-5'>氣體</b><b class='flag-5'>傳感器</b>:近期發(fā)展與未來展望

    傳感器檢測(cè)有毒有害氣體用到什么原理

    在現(xiàn)代社會(huì),隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)和安全的日益重視,有毒有害氣體檢測(cè)變得尤為重要。傳感器作為檢測(cè)這些氣體的關(guān)鍵設(shè)備,其工作原理和技術(shù)特點(diǎn)值得我
    的頭像 發(fā)表于 11-27 11:48 ?304次閱讀

    氣體傳感器的類型及應(yīng)用 傳感器在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用案例

    氣體傳感器的類型及應(yīng)用 氣體傳感器一種用于檢測(cè)
    的頭像 發(fā)表于 11-19 15:28 ?1441次閱讀

    氣敏傳感器可測(cè)量的氣體種類有哪些

    氣敏傳感器一種能夠檢測(cè)特定氣體氣體濃度的傳感器,廣泛應(yīng)
    的頭像 發(fā)表于 09-20 09:56 ?952次閱讀

    氣敏傳感器檢測(cè)氣體的什么

    ,廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)安全、室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)等領(lǐng)域。 氣體種類 :某些類型的氣敏傳感器具有選擇,能夠區(qū)分并
    的頭像 發(fā)表于 09-20 09:53 ?384次閱讀

    氣敏傳感器是用來檢測(cè)什么的傳感器

    氣敏傳感器一種用于檢測(cè)特定氣體氣體混合物的濃度、存在或變化的
    的頭像 發(fā)表于 09-19 11:22 ?621次閱讀

    甲烷傳感器TGS8410在天然氣汽車氣體泄漏檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

    們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了威脅。因此,設(shè)計(jì)套高效可靠的天然氣汽車氣體泄漏檢測(cè)系統(tǒng)顯得尤為重要。在這個(gè)過程中,甲烷傳感器TGS8410以其卓越的
    的頭像 發(fā)表于 07-12 10:14 ?444次閱讀
    <b class='flag-5'>甲烷</b><b class='flag-5'>傳感器</b>TGS8410在天然氣汽車<b class='flag-5'>氣體</b>泄漏<b class='flag-5'>檢測(cè)</b>系統(tǒng)中的應(yīng)用

    谷歌的溫室氣體排放量激增 碳足跡在Gemini人工智能時(shí)代暴增

    根據(jù)谷歌最新的環(huán)境報(bào)告,谷歌的溫室氣體排放量激增,這表明該公司在優(yōu)先考慮人工智能的同時(shí),實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)將更加困難。 谷歌的目標(biāo)是到2030年將其全球變暖污染比2019年的基線減少半。但自2019年
    的頭像 發(fā)表于 07-10 16:08 ?583次閱讀

    CO2 AI推出首個(gè)大規(guī)模產(chǎn)品排放量計(jì)算解決方案

    CO2 AI推出首個(gè)可擴(kuò)展的解決方案,它可用于計(jì)算數(shù)千產(chǎn)品的碳排放量,從而幫助企業(yè)減少對(duì)環(huán)境的影響。 手動(dòng)生命周期評(píng)估(LCA)等傳統(tǒng)方法速度慢、不致且成本高。 根據(jù)CO2 AI和
    的頭像 發(fā)表于 06-29 09:30 ?666次閱讀

    一種手掌大小的氣體傳感器和分析儀,可實(shí)時(shí)檢測(cè)多種有毒氣體

    據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,歐洲的個(gè)研究項(xiàng)目正在開發(fā)一種手掌大小的氣體傳感器和分析儀,能夠安裝在燈柱上實(shí)時(shí)檢測(cè)
    的頭像 發(fā)表于 05-07 09:06 ?760次閱讀
    <b class='flag-5'>一種</b>手掌大小的<b class='flag-5'>氣體</b><b class='flag-5'>傳感器</b>和分析儀,可實(shí)時(shí)<b class='flag-5'>檢測(cè)</b>多種有毒<b class='flag-5'>氣體</b>

    Aigtek前置微小信號(hào)放大器在傳感器檢測(cè)中的應(yīng)用有哪些

    傳感器是將物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置,其精度和靈敏度直接影響到檢測(cè)系統(tǒng)的性能。而傳感器的輸出信號(hào)通常都非常微弱,需要進(jìn)行放大處理才能得到可靠的測(cè)量結(jié)果。前置微小信號(hào)放大器,作為一種重要的
    的頭像 發(fā)表于 02-26 15:31 ?556次閱讀
    Aigtek前置微小信號(hào)放大器在<b class='flag-5'>傳感器</b><b class='flag-5'>檢測(cè)</b>中的應(yīng)用有哪些

    電子發(fā)燒友

    中國(guó)電子工程師最喜歡的網(wǎng)站

    • 2931785位工程師會(huì)員交流學(xué)習(xí)
    • 獲取您個(gè)性化的科技前沿技術(shù)信息
    • 參加活動(dòng)獲取豐厚的禮品