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

用于同时检测工业废气中NO₂和CO₂的光声气体检测系统开发

MEMS 来源:MEMS 2023-11-07 09:34 次阅读

燃气轮机广泛应用于发电和飞机推进领域,对燃气轮机废气成分进行监测和分析是控制污染排放以确保符合空气质量规定的有效方法,同时也有助于优化工厂运行。由于燃气轮机废气中各类污染物具有不同的浓度尺度,使用单一技术测量浓度百分比、百万分比(ppm)甚至十亿分比(ppb)值具有很大难度。光声(PA)检测由于对痕量气体的高灵敏性,使其成为气体测量和分析的有价值且通用的解决方案,被广泛用于气体排放监测,尤其在涉及低浓度气体检测的场景中。

据麦姆斯咨询报道,近期,来自意大利锡耶纳大学(University of Siena)和德国科堡应用技术大学(Coburg University of Applied Sciences and Arts)的研究人员提出一种基于光声效应的低成本、简易的气体检测系统,可用于同时检测工业废气中的二氧化碳(CO₂)和二氧化氮(NO₂)。相关研究成果以“A photoacoustic based measurement system for dual detection of NO₂ and CO₂ in combustion exhaust gases”为题发表在IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement期刊上。

这项研究工作提出的光声气体检测系统被设计为燃气轮机连续排放监测系统(CEMS)的一部分。光声气体检测系统利用声学谐振器提供的光声信号放大,其特点是结构简单且坚固耐用,适用于现场气体检测。双重气体检测是通过两种检测原理实现的:第一种检测原理是基于经典的光声效应,专门用于检测目标混合物中ppm浓度范围的NO₂。其光源是一个中心波长为405 nm的发光二极管,与NO₂的吸附峰相匹配,因此可直接从光声信号的振幅推算出NO₂浓度;另一种检测原理是基于声学谐振器的特征模态频率对声速的依赖性来测量废气中浓度在百分比范围内的气体成分。由于CO₂会对声速产生影响,进而对谐振器的谐振频率产生影响。为了测量CO₂浓度,光声气体检测系统自动跟踪谐振频率变化以实现检测目的。两种气体检测是通过一个独特的传感器同时实现的,并具有实时测量功能。

fdb39380-7cbe-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg

图1 光声气体检测系统:(a)示意图;(b)整体检测系统照片

实验结果表明,该光声气体检测系统对NO₂的检测分辨率低于1 ppm,对CO₂的检测分辨率约为0.2%,证明了其用于同时检测两种气体的可行性。该方法还可以扩展到其它气体分析系统,以用于测量具有较大浓度差异的气体混合物,通过选择合适的光源来检测浓度在ppm范围内的气体,同时利用声速变化来检测浓度在更高范围的气体。

fde22ace-7cbe-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg

图2 以N₂作为载气,NO₂固定浓度为10 ppm (vol/vol),总流量为100 ml/min时,测得的频率偏移(a)和跟踪共振频率下的光声信号振幅(b)与CO₂浓度的函数关系

fde8417a-7cbe-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg

图3 以N₂作为载气,CO₂固定浓度为2% (vol/vol),总流量为100 ml/min时,测得的频率偏移(a)和跟踪共振频率下的光声信号振幅(b)与CO₂浓度的函数关系

综上所述,这项研究提出一种结合了光声效应和谐振频率跟踪测量技术的新方法,可以同时量化两种不同的气体:NO₂和CO₂,其重点是应用于燃气轮机中的废气排放监测。该方法的新颖之处在于其利用了谐振频率跟踪,这是在不同工作条件(包括载气成分的波动)导致声速变化的环境中实现以ppm分辨率检测目标气体(NO₂)所需精度的关键因素。同时,研究人员证明了利用谐振频率跟踪作为CO₂浓度直接测量的可行性。此外,利用环形谐振器作为光声单元结构,不仅确保了高灵敏度,还有助于集成简单、经济高效的调节电子器件。因此,该方法将对工业气体排放监测起到重要的推动作用。







审核编辑:刘清

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
  • 传感器
    +关注

    关注

    2548

    文章

    50689

    浏览量

    752030
  • 发光二极管
    +关注

    关注

    13

    文章

    1195

    浏览量

    66203
  • 谐振器
    +关注

    关注

    4

    文章

    1131

    浏览量

    65863

原文标题:用于同时检测工业废气中NO₂和CO₂的光声气体检测系统

文章出处:【微信号:MEMSensor,微信公众号:MEMS】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    简单了解华盛昌气体检测

    气体检测仪可以实时监测空气的有害气体,以便及时发现泄漏的气体,不仅能帮人们了解空气污染、火灾隐患等问题,采取相应措施来避免这些问题发生,还在工业
    的头像 发表于 11-04 13:59 141次阅读
    简单了解华盛昌<b class='flag-5'>气体检测</b>仪

    高压放大器基于线性F-P腔在CH4气体检测的应用

    大气CH4浓度不仅可以实现高灵敏度、高精度的检测同时可以避免大气H2O和CO2等干扰气体的影响。本章介绍基于线性F-P腔OF-CEAS技
    的头像 发表于 10-10 11:54 174次阅读
    高压放大器基于线性F-P腔在CH4<b class='flag-5'>气体检测</b><b class='flag-5'>中</b>的应用

    安帕尔:可燃气体检测仪怎么样选择

    对于氧气以外的其他气体都会产生或多或少的干扰反应,常发生的就是检测硫化氢的电化学感应器,所以作为家居生活中使用者的我们必须熟知家庭可能存在的有毒气体。 二要看可燃
    的头像 发表于 08-16 10:16 258次阅读

    低功耗蓝牙模块+气体检测仪蓝牙方案介绍

    亲临现场,便能随时随地监测气体浓度和环境安全情况,及时采取必要的措施,确保工作场所的安全。方案概况:a、气体检测仪是一种气体泄漏浓度检测的仪器仪表工具,广泛与
    的头像 发表于 07-17 16:59 297次阅读
    低功耗蓝牙模块+<b class='flag-5'>气体检测</b>仪蓝牙方案介绍

    一招教你如何选择适用的工业GDS气体检测报警系统

    在化工企业生产、储运等过程,经常会涉及到各类可燃、有毒气体释放源,可燃气体和有毒气体检测报警系统GasDetectionSystem(以下
    的头像 发表于 04-23 17:15 801次阅读
    一招教你如何选择适用的<b class='flag-5'>工业</b>GDS<b class='flag-5'>气体检测</b>报警<b class='flag-5'>系统</b>

    可燃气体检测警报仪

    一、产品简介 一款基于MQ-2传感器及NE555设计的可燃气体检测警报仪。 二、应用场景 DIY,适用于检测封闭或者半封闭环境可燃气体的浓
    的头像 发表于 04-18 14:22 368次阅读
    可燃<b class='flag-5'>气体检测</b>警报仪

    OpenHarmony南向开发实例:【智能可燃气体检测系统

    智能可燃气体检测系统可以通过云和手机建立连接,可以在手机上控制感应的阈值,传感器感知到的可燃气体浓度超过阈值之后,将会通过云传给手机,并报警。
    的头像 发表于 04-11 10:00 983次阅读
    OpenHarmony南向<b class='flag-5'>开发</b>实例:【智能可燃<b class='flag-5'>气体检测</b><b class='flag-5'>系统</b>】

    我国气体检测仪发展现状

    什么是气体检测仪?气体检测仪是一种气体泄露浓度检测的仪器仪表工具,气体检测仪器仪表通过将气体传感
    的头像 发表于 03-27 10:25 683次阅读
    我国<b class='flag-5'>气体检测</b>仪发展现状

    我国气体检测仪发展现状

    什么是气体检测仪? 气体检测仪是一种气体泄露浓度检测的仪器仪表工具,气体检测仪器仪表通过将气体
    的头像 发表于 03-19 19:25 451次阅读

    基于M3核心板的7寸串口屏:为气体检测设备带来全新交互体验

    M3核心板应用启明智显M3芯片,凭借其国产自主高算力RISC-V内核以及平头哥单核E907架构,为工业气体检测解决方案提供了强大的硬件支持。特别是当M3核心板驱动7寸彩屏时,其在工业气体检测的应用优势显得尤为突出。
    的头像 发表于 03-13 18:03 656次阅读
    基于M3核心板的7寸串口屏:为<b class='flag-5'>气体检测</b>设备带来全新交互体验

    红外气体检测仪的工作原理 红外气体检测仪的使用方法

    红外气体检测仪是一种常用的气体检测装置,通过测量目标气体在红外光谱范围内的吸收特性来实现气体检测。红外
    的头像 发表于 02-01 16:52 1987次阅读

    气体检测仪手持终端定制_便携式多种气体检测

    气体检测仪手持终端定制_便携式多种气体检测仪|气体检测仪方案。手持气体检测仪终端在工业施工等领域具有重要的作用。该仪器可以有效地
    的头像 发表于 01-23 19:44 968次阅读
    <b class='flag-5'>气体检测</b>仪手持终端定制_便携式多种<b class='flag-5'>气体检测</b>仪

    碳化硅基MEMS器件助力高性能气体检测应用

    MEMS器件广泛应用于机械、光学、射频、生物等领域,气体检测正是其重要应用方向之一。
    的头像 发表于 01-23 09:33 881次阅读
    碳化硅基MEMS器件助力高性能<b class='flag-5'>气体检测</b>应用

    基于51单片机的酒精气体检测器设计

    基于51单片机的酒精气体检测器设计(实物)
    发表于 01-02 09:40 7次下载

    隧道气体检测传感器:确保行车安全的关键技术

    引言:【云南恩田智能】 隧道是现代交通网络的重要组成部分,然而,隧道气体状况可能对行车安全构成威胁。随着技术的发展,隧道气体检测传感器应运而生,成为确保隧道内空气质量的重要装置。本文将介绍隧道
    的头像 发表于 12-28 17:26 651次阅读
    隧道<b class='flag-5'>气体检测</b>传感器:确保行车安全的关键技术