0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

怎样定义一款优秀的窨井用甲烷传感器?

Lemon媚 来源:Lemon媚 作者:Lemon媚 2022-08-16 15:25 次阅读

评价一款传感器是否优秀,不应简单罗列技术参数。没有最好,只有最适合。应该综合考量测量范围、准确度、响应时间、功耗和环境适应性等参数,找到最关键的指标。

那么,安装在窨井里的甲烷传感器需要什么样的特质呢?与安装在地上环境的甲烷报警器有什么区别?

窨井遍布城市的各个角落,从地理位置上讲极其复杂多样,无供电条件,安装维护工作困难。而且它是一个地下封闭环境,湿度常年接近饱和,且早晚温差较大,容易产生冷凝结露现象;尤其是在雨季,还时常发生水涝。所以,安装在窨井里的甲烷传感器最重要的特质是要能够适应这种复杂恶劣环境。

窨井这样的复杂环境对甲烷传感器会产生哪些影响?本文将向您详细介绍。

一、激光甲烷结构

按照功能划分,激光甲烷传感器一般分为三部分,一是光源即激光器,二是光学探测气室,三是控制电路模块。控制电路模块控制激光器按照特定方式进行波长扫描输出,激光器光束输入到光学探测气室上,与待测气氛接触。若待测气氛含有甲烷气体,该气体吸收对应波长的光束能量,光束输出至控制电路模块。经过光电转换、信号采集后在嵌入式系统中进行反演计算,得到甲烷气体浓度。

光学探测气室主要的目的是将激光器输出的光束照射到待测气氛,经气体吸收后,出射至光电探测器上。

二、光路结构影响分析

对于光路结构,在实际探测中会受到传输光束过程中的散射影响,光学反射面上的冷凝液滴影响。具体为

散射影响

散射是指光子与空气中的分子或是悬浮粒子弹性碰撞之后,改变行进方向。生活中常见的散射可概分为两种:瑞利散射(Rayleigh scattering)和米氏散射(Mie scattering),示意图如图。

瑞利散射是指当光照到直径比光波长小很多的粒子,光会向四面八方散射,而且光的波长越短,散射强度越大;米氏散射是指光照到直径跟光波长相当,或是比光波长还要大的粒子(烟雾,液滴,尘埃)时,光主要会沿着原本行进的方向散射。但与瑞利散射不同,米氏散射的散射强度和波长并没有固定关系。空气中的微粒会造成米氏散射,而且当微粒大小与波长相近时,会有散射现象。例如水滴组成云与可见光的波长大小相当,因此发生米氏散射,形成白色的云彩。

pYYBAGL7RNyAA5iBAAEhyFMQJYk021.png

图1 散射示意图

在气室待测气氛的光路上若存在微液滴,根据甲烷对应的吸收波长1.6um,会发生米氏散射。造成光束传输方向改变,部分光束不能到达光电探测器,造成探测光束功率下降,下降的幅度随水滴数量、直径大小相关。

透射面、反射面冷凝液滴

在光路气室中,为了实现在有限体积内提高光程,提高测量下限,一般会设计单次、多次反射,在反射面处出现冷凝液滴。这些冷凝液滴将形成小的光学透镜,改变光束反射角度,导致设计入射到光电探测器的光束偏移到别处。光电探测器的面积有限,一般为0.5平方毫米、1平方毫米,大的也不过2~10平方毫米。当透射面、反射面出现冷凝液滴时,冷凝液滴起到透镜的作用,将光线折射到其他角度,一旦偏离接收面,则探测器无法接收到光束能量无法测量,下降的幅度随水滴数量、直径大小和镜面分布有关。

本文模拟了一种激光光源光束照射到反射面上,然后反射进入光电探测器上,同时对比了反射面结露时,其他条件不变,仿真进入光电探测器上的光束功率。从仿真结果看,当液滴出现在反射面中心时,接收到的光功率不足入射值的0.1%,这样给探测带来了很大难度。

pYYBAGL7RT2AacLZAAA9erjukLU973.png

图2 反射光路示意图

poYBAGL7RS2AVwRqAAB_OKesEBY078.png

图3 镜面中心无水滴,其他地方有水滴示意图

pYYBAGL7RU-ATNVeAACNDSNtM34967.png

图4 镜面中心有水滴时示意图

现实环境

刚才提到了两种影响光路的因素,一是液滴、灰尘散射、二是冷凝液滴。现实中出现极端天气时,我们会发现下大雨、沙尘暴时出现影响我们人眼观察的情况,特别是沙尘暴,经常导致几米外看不到任何东西,只有漫漫黄沙。但是甲烷传感器应用时,因为光路一般只有10cm或者更短,这么短的距离下沙尘暴的影响没有想象的大。特别是传感器外面一般配有防尘罩,导致灰尘进入光路的数量更低,因此液滴、灰尘散射的影响不大。

冷凝液滴呢,戴眼镜的朋友都有这种体会,当我们进入浴室时,眼镜上出现一层“雾气”,这层雾气就是冷凝液滴。

什么时候出现这种情况?根据湿度定义,当眼镜镜片的露点温度低于环境露点温度时,镜片上会出现气态水气饱和变为液态液滴的情况。这种情况一般为气态水分子数量一定、不同介质上存在温度差,导致在低温介质上出现冷凝现象。换句话说,对于封闭系统,气态水气分子数相对固定,但是外界温度变化时,易出现冷凝。这种场景在生活中较多见,比如甲烷测量时在窨井下,当外界温度骤变时,窨井内传感器各部件因为材质不同,比热容不一致,造成温差,导致在镜面处出现冷凝。因为冷凝分布及小液滴形成大液滴具有一定的随机性,若出现在光束中心位置,则导致光功率大幅度衰减无法测量。

pYYBAGL7RNyATybGAACQN8c222A218.png

图5 冷凝液滴示意图

四、综述

甲烷传感器的各项性能指标都非常重要,比如测量下限、测量误差等。但是针对窨井环境,作为一款报警器,在实际应用中,能在水淹、冷凝液滴和其他环境干扰下长时间进行泄漏报警监测,不漏报不误报才是用户更关心的。

光感慧智推出的激光甲烷监测产品——点式激光传感模块,环境耐受性好,抗结露、抗水淹,适用于各种复杂恶劣的环境。

审核编辑 黄昊宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 仪器仪表
    +关注

    关注

    5

    文章

    7844

    浏览量

    44323
  • 激光传感器
    +关注

    关注

    2

    文章

    150

    浏览量

    21358
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    INA828设计一款肌肉电传感器,如何降低失调电压?

    本人正在用INA828设计一款肌肉电传感器,想请教下如何降低失调电压,最好能1uv下!!! 谢谢!
    发表于 08-16 11:57

    传感器定义与重要性

    传感器定义与重要性 传感器种能够感应各种非电量(如物理量、化学量、生物量等),并按照定规律将其转换为便于传输和处理的电量(如电压、
    的头像 发表于 07-26 14:42 671次阅读

    光电传感器/红外传感器

    刚入职了家做传感器公司,老板让我自己学习成为名研发人员,试用期三个月,让我开发出一款红外传感器。基本上什么资料都没有,让我自己去网上找,
    发表于 05-30 17:58

    纳芯微推出一款完全集成的高隔离电流传感器—NSM2311

    近日,纳芯微推出全新NSM2311集成式电流传感器芯片,是一款完全集成的高隔离电流传感器解决方案,具有出色的通流能力,原边阻抗低至100uΩ,持续通流能力高达200A,满足AECQ-100的可靠性要求。
    的头像 发表于 05-23 14:07 602次阅读
    纳芯微推出<b class='flag-5'>一款</b>完全集成的高隔离电流<b class='flag-5'>传感器</b>—NSM2311

    传感器定义和分类

    传感器,作为现代科技的重要基石,无处不在地影响着我们的生活。从智能手机到智能家居,从工业生产到科学研究,传感器都在默默地发挥着关键的作用。那么,传感器究竟是什么呢?又有哪些类型呢?本文将对传感
    的头像 发表于 05-12 17:03 686次阅读

    英飞凌和盛思锐合作推出一款支持Arduino的传感器扩展板

    据麦姆斯咨询报道,近期,英飞凌(Infineon)推出了一款支持Arduino的传感器扩展板,用于评估智能家居和其它消费类应用中的智能传感器系统。
    的头像 发表于 04-10 09:05 2223次阅读

    全员学习!各类传感器报警产生的原因及其防范措施

    传感器引出线固定于吊环上,进行“三扎固定”;工作面进行爆破作业时,将甲烷传感器及其关联监控电缆挪移至有掩体的安全位置,避免落石和碎石砸坏崩坏,放炮后及时恢复到正确位置;挪移要指定专人
    的头像 发表于 03-29 09:20 1655次阅读

    指纹传感器定义 指纹传感器的应用

    指纹传感器定义 指纹传感器的应用  指纹传感器种生物识别技术,通过检测和分析人体指纹特征来验证用户身份。它基于指纹独特性和稳定性的基本
    的头像 发表于 03-05 17:35 2960次阅读

    如何选择TLE9853QX适配传感器

    我想制作一款传动比为1:500的执行,需要在执行输出端配置传感器,实现执行输出角度检测,防夹功能和push to run功能,目前需要
    发表于 02-02 08:07

    村田发布了一款新的6轴MEMS惯性传感器SCH16T-K01

    据麦姆斯咨询报道,综合电子元器件全球制造商村田(Murata)近日发布了一款新的6轴MEMS惯性传感器SCH16T-K01,可实现高精度机器控制和定位应用。
    的头像 发表于 01-17 09:59 946次阅读
    村田发布了<b class='flag-5'>一款</b>新的6轴MEMS惯性<b class='flag-5'>传感器</b>SCH16T-K01

    视觉传感器定义、结构和原理、作用及应用

    和生活质量。本文将从视觉传感器定义、结构和原理、作用及应用等方面,带大家了解下视觉传感器的相关内容。 、视觉
    的头像 发表于 01-04 08:44 4144次阅读
    视觉<b class='flag-5'>传感器</b>的<b class='flag-5'>定义</b>、结构和原理、作用及应用

    测量是激光传感器还是超声波传感器

    测量是激光传感器还是超声波传感器  激光传感器和超声波传感器都是常用的测量工具,它们在不同的场景下具有各自的优点和适用性。在进行测量选择时
    的头像 发表于 01-03 15:59 536次阅读

    分享一款无二的放大器—FUTEK IAA105

    IAA105是一款无二的放大器,在传感器电子领域开辟了新天地。
    的头像 发表于 12-13 09:14 405次阅读

    传感器定义和分类

    我们生活在传感器的世界。您可以在我们的家庭、办公室、汽车等地找到不同类型的传感器,通过检测我们的存在来打开灯光,调节室温,检测烟雾或火灾,为我们制作美味的咖啡,当我们的汽车靠近车库门时自动打开门等等,从而使我们的生活变得更加
    的头像 发表于 11-20 15:59 1333次阅读
    <b class='flag-5'>传感器</b>的<b class='flag-5'>定义</b>和分类