第一篇：氣體傳感器發(fā)展方向的深度分析.

氣體傳感器發(fā)展方向的深度分析

近年來(lái)，由于在工業(yè)生產(chǎn)、家庭安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)和醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)怏w傳感器的精度、性能、穩(wěn)定性方面的要求越來(lái)越高，因此對(duì)氣體傳感器的研究和開(kāi)發(fā)也越來(lái)越重要。隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，氣體傳感器發(fā)展的趨勢(shì)是微型化、智能化和多功能化。深入研究和掌握有機(jī)、無(wú)機(jī)、生物和各種材料的特性及相互作用，理解各類(lèi)氣體傳感器的工作原理和作用機(jī)理，正確選擇各類(lèi)傳感器的敏感材料，靈活運(yùn)用微機(jī)械加工技術(shù)、敏感薄膜形成技術(shù)、微電子技術(shù)、光纖技術(shù)等，使傳感器性能最優(yōu)化是氣體傳感器的發(fā)展方向。

新氣敏材料與制作工藝的研究開(kāi)發(fā)

對(duì)氣體傳感器材料的研究表明，金屬氧化物半導(dǎo)體材料Zn0，SIlo2，F(xiàn)e203等己趨于成熟化，特別是在C比，C2H5OH，CO等氣體檢測(cè)方面。現(xiàn)在這方面的工作主要有兩個(gè)方向：一是利用化學(xué)修飾改性方法，對(duì)現(xiàn)有氣體敏感膜材料進(jìn)行摻雜、改性和表面修飾等處理，并對(duì)成膜工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，提高氣體傳感器的穩(wěn)定性和選擇性；二是研制開(kāi)發(fā)新的氣體敏感膜材料，如復(fù)合型和混合型半導(dǎo)體氣敏材料、高分子氣敏材料，使得這些新材料對(duì)不同氣體具有高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性。由于有機(jī)高分子敏感材料具有材料豐富、成本低、制膜工藝簡(jiǎn)單、易于與其它技術(shù)兼容、在常溫下工作等優(yōu)點(diǎn)，已成為研究的熱點(diǎn)。

新型氣體傳感器的研制

用傳統(tǒng)的作用原理和某些新效應(yīng)，優(yōu)先使用晶體材料(硅、石英、陶瓷等)，采用先進(jìn)的加工技術(shù)和微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研制新型傳感器及傳感器系統(tǒng)，如光波導(dǎo)氣體傳感器、高分子聲表面波和石英諧振式氣體傳感器的開(kāi)發(fā)與使用，微生物氣體傳感器和仿生氣體傳感器的研究。隨著新材料、新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用，氣體傳感器的性能更趨完善，使傳感器的小型化、微型化和多功能化具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。

氣體傳感器智能化

隨著人們生活水平的不斷提高和對(duì)環(huán)保的日益重視，對(duì)各種有毒、有害氣體的探測(cè)，對(duì)大氣污染、工業(yè)廢氣的監(jiān)測(cè)以及對(duì)食品和居住環(huán)境質(zhì)量的檢測(cè)都對(duì)氣體傳感器提出了更高的要求。納米、薄膜技術(shù)等新材料研制技術(shù)的成功應(yīng)用為氣體傳感器集成化和智能化提供了很好的前提條件。氣體傳感器將在充分利用微機(jī)械與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、傳感技術(shù)、故障診斷技術(shù)、智能技術(shù)等多學(xué)科綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上得到發(fā)展。研制能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)多種氣體的全自動(dòng)數(shù)字式的智能氣體傳感器將是該領(lǐng)域的重要研究方向。

第二篇：氣體傳感器的發(fā)展

一、著重于新氣敏材料與制作工藝的研究開(kāi)發(fā)

對(duì)氣體傳感器材料的研究表明，金屬氧化物半導(dǎo)體材料Zn0，SIlo2，F(xiàn)e203等己趨于成熟化，特別是在C比，C2H5OH，CO等氣體檢測(cè)方面。這方面的工作主要有兩個(gè)方向：

1、是利用化學(xué)修飾改性方法，對(duì)現(xiàn)有氣體敏感膜材料進(jìn)行摻雜、改性和表面修飾等處理，并對(duì)成膜工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，提高氣體傳感器的穩(wěn)定性和選擇性;

2、是研制開(kāi)發(fā)新的氣體敏感膜材料，如復(fù)合型和混合型半導(dǎo)體氣敏材料、高分子氣敏材料，使得這些新材料對(duì)不同氣體具有高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn) 定性。由于有機(jī)高分子敏感材料具有材料豐富、成本低、制膜工藝簡(jiǎn)單、易于與其它技術(shù)兼容、在常溫下工作等優(yōu)點(diǎn)，已成為研究的熱點(diǎn)。

二、新型氣體傳感器的研制

用傳統(tǒng)的作用原理和某些新效應(yīng)，優(yōu)先使用晶體材料（硅、石英、陶瓷等），采用先進(jìn)的加工技術(shù)和微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研制新型傳感器及傳感器系統(tǒng)，如光波 導(dǎo)氣體傳感器、高分子聲表面波和石英諧振式氣體傳感器的開(kāi)發(fā)與使用，微生物氣體傳感器和仿生氣體傳感器的研究。隨著新材料、新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用，氣體傳 感器的性能更趨完善，使傳感器的小型化、微型化和多功能化具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。

三、氣體傳感器智能化

隨著人們生活水平的不斷提高和對(duì)環(huán)保的日益重視，對(duì)各種有毒、有害氣體的探測(cè)，對(duì)大氣污染、工業(yè)廢氣的監(jiān)測(cè)以及對(duì)食品和居住環(huán)境質(zhì)量的檢測(cè)都對(duì) 氣體傳感器提出了更高的要求。納米、薄膜技術(shù)等新材料研制技術(shù)的成功應(yīng)用為氣體傳感器集成化和智能化提供了很好的前提條件。氣體傳感器將在充分利用微機(jī)械 與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、傳感技術(shù)、故障診斷技術(shù)、智能技術(shù)等多學(xué)科綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上得到發(fā)展。研制能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)多種氣體的全自動(dòng)數(shù)字式 的智能氣體傳感器將是該領(lǐng)域的重要研究方向。

艾馳商城是國(guó)內(nèi)最專(zhuān)業(yè)的MRO工業(yè)品網(wǎng)購(gòu)平臺(tái)，正品現(xiàn)貨、優(yōu)勢(shì)價(jià)格、迅捷配送，是一站式采購(gòu)的工業(yè)品商城！具有10年工業(yè)用品電子商務(wù)領(lǐng)域研究，以強(qiáng)大 的信息通道建設(shè)的優(yōu)勢(shì)，以及依托線(xiàn)下貿(mào)易交易市場(chǎng)在工業(yè)用品行業(yè)上游供應(yīng)鏈的整合能力，為廣大的用戶(hù)提供了傳感器、圖爾克傳感器、變頻器、斷路器、繼電 器、PLC、工控機(jī)、儀器儀表、氣缸、五金工具、伺服電機(jī)、勞保用品等一系列自動(dòng)化的工控產(chǎn)品。

如需進(jìn)一步了解圖爾克、奧托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦納、亞德客、施克等各類(lèi)傳感器的選型，報(bào)價(jià)，采購(gòu)，參數(shù)，圖片，批發(fā)信息，請(qǐng)關(guān)注艾馳商城。http://004km.cn/

第三篇：光纖氣體傳感器總結(jié)

光纖氣體傳感器調(diào)研總結(jié)

光纖氣體檢測(cè)綜述

1.1國(guó)內(nèi)外光纖氣體檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展

氣體傳感器是一種把氣體中的特定成分檢測(cè)出來(lái), 并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件, 人們很早就開(kāi)始了氣體傳感器的研究, 將其用來(lái)對(duì)有毒、有害氣體的探測(cè), 對(duì)易爆、易燃?xì)怏w的安全報(bào)警。對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)生活中所需了解的氣體進(jìn)行檢測(cè)、分析研究等, 使得它在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中起到耳目的作用。

光纖傳感技術(shù)是一項(xiàng)正在發(fā)展中的具有廣闊前景的新型高技術(shù)。由于光纖本身在傳遞信息過(guò)程中具有許多特有的性質(zhì), 如光纖傳輸信息時(shí)能量損耗很小, 給遠(yuǎn)距離遙測(cè)帶來(lái)很大方便。光纖材料性能穩(wěn)定, 不受電磁場(chǎng)干擾, 在高溫、高壓、低溫、強(qiáng)腐蝕等惡劣環(huán)境下保持不變所以光纖傳感器從問(wèn)世到如今, 一直都在飛速發(fā)展[1]。

世界上已有多種光纖傳感器，諸如位移、速度、加速度、壓力、流量等物理量都實(shí)現(xiàn)了不同性能的光纖傳感。光纖氣體傳感技術(shù)是光纖傳感技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用分支，主要基于氣體的物理或化學(xué)性質(zhì)相關(guān)的光學(xué)現(xiàn)象或特性。近年來(lái)，它在環(huán)境監(jiān)測(cè)、電力系統(tǒng)以及油田、礦井、輻射區(qū)的安全保護(hù)等方面的應(yīng)用顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性[2]。

1989年，西安應(yīng)用光學(xué)研究所的郭栓運(yùn)對(duì)光纖氣體傳感器展開(kāi)研究，在應(yīng)用光學(xué)雜志上介紹了差分光譜吸收的基本原理，給出了實(shí)驗(yàn)框圖和應(yīng)用實(shí)例[15]。

1992年，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的王耀才等在光纖通信技術(shù)雜志上介紹了吸收型光纖瓦斯傳感技術(shù)和干涉型瓦斯傳感器的原理，并對(duì)其在煤礦重的應(yīng)用前景做了探討[16]。

1997年，山東礦業(yè)學(xué)院的曹永茂等人針對(duì)光纖瓦斯傳感器光波波長(zhǎng)的選擇展開(kāi)討論，提出根據(jù)傳感器技術(shù)指標(biāo)來(lái)確定光纖瓦斯傳感器的基本參數(shù)，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型[17]。

1999年，大連理工大學(xué)劉文琦等人報(bào)道了一種新型透射式光纖甲烷傳感器，用1.31μｍ InGaAsP型LED做光源測(cè)量甲烷濃度，通過(guò)研究制備一種納米級(jí)多透射膜，增強(qiáng)了甲烷氣體對(duì)激光的光譜吸收[18]。同年，香港理工大學(xué),靳偉應(yīng)用調(diào)制光盤(pán)技術(shù)對(duì)DFB激光器驚醒調(diào)制，研究光纖氣體傳感器的分時(shí)多路復(fù)用（TDM）技術(shù)。靳偉建立了計(jì)算仿真模型，仿真結(jié)果表明由20個(gè)甲烷氣體傳感器組成的光纖氣體傳感器陣列的檢測(cè)靈敏度可以達(dá)到2000ppm[19-20]。之后靳偉博士與清華大學(xué)喻洪波合作，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)波調(diào)頻技術(shù)復(fù)用的光纖氣體多點(diǎn)傳感系統(tǒng)[21]。

2000年，浙江大學(xué)葉險(xiǎn)峰等在對(duì)CH4分子近紅外洗后光譜分析比較的基礎(chǔ)上考慮與光纖的低損耗窗口相一致以及價(jià)格等因素，采用價(jià)廉的1.3μｍ波段的LED作為光源，實(shí)現(xiàn)了對(duì)甲烷氣體的檢測(cè)，檢測(cè)靈敏度為1300ppm/m[6]。

2001年，燕山大學(xué)王玉田等根據(jù)甲烷氣體的吸收光譜，研究了一種利用價(jià)格低廉的LED作為光源的新型投射式光纖甲烷氣體傳感器，選擇兩種同型號(hào)的LED光源作為差分吸收信號(hào)，光源驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)實(shí)行交替斬波[7]。為了保證系統(tǒng)對(duì)甲烷氣體檢測(cè)的精度，采取了兩項(xiàng)措施，一是設(shè)置了參考通道，二是采用了光源反饋通道以增強(qiáng)LED光源的穩(wěn)定性[8]。

2005年，張愛(ài)軍[3]對(duì)光譜吸收型光纖氣體進(jìn)行了研究。每一種氣體都有固有的吸收譜，當(dāng)光源的發(fā)射光波與氣體的洗后光波長(zhǎng)相吻合時(shí)，就會(huì)放生共振洗后，其洗后強(qiáng)度與該氣體的濃度有關(guān)，通過(guò)測(cè)量光的吸收強(qiáng)度就可測(cè)量氣體的濃度。以甲烷氣體為例，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，分析了吸收路徑長(zhǎng)度對(duì)傳感器靈敏度的影響，增加吸收路徑的長(zhǎng)度，有利于提高傳感器的靈敏度。氣體體濃度較小時(shí)，通過(guò)增加吸收路徑的長(zhǎng)度來(lái)提高傳感器的靈敏度效果明顯。

2006年，中國(guó)科學(xué)院安徽光機(jī)所的闞瑞峰等可調(diào)諧二極管激光吸收光譜與多次反射池相結(jié)合，研制了用于地面環(huán)境空氣中甲烷含量檢測(cè)的便攜式吸收光譜儀，并利用不同體積分?jǐn)?shù)的甲烷氣體對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，取得了很好的測(cè)試結(jié)果[9]。王曉梅等分析了TDLAS諧波信號(hào)的特征，建立了諧波信號(hào)的數(shù)學(xué)模型，利用較高濃度氣體的二次諧波信號(hào)作為曲線(xiàn)，對(duì)待測(cè)氣體的諧波信號(hào)進(jìn)行線(xiàn)性回歸[10]。

2007年，燕山大學(xué)王艷菊等采用雙光路、雙波長(zhǎng)來(lái)解決光源功率波動(dòng)、光纖損耗等問(wèn)題，在接受端采用旋轉(zhuǎn)雙色濾光器和單探測(cè)器消除了雙光電器件的飄逸對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響[11]。同年，中國(guó)科學(xué)院安徽光機(jī)所的陳玖等應(yīng)用自平衡測(cè)量方法，消除了激光的共模噪聲和其他同性干擾的影響，該方法不用加信號(hào)調(diào)制和所想放大器，減小了系統(tǒng)裝置的體積，易于集成便攜式痕量氣體檢測(cè)儀[12]。

2008年，褚衍平等通過(guò)光纖光柵和壓電陶瓷對(duì)快帶光源LED進(jìn)行調(diào)制，獲得了與氣體吸收峰對(duì)應(yīng)的窄帶反射出射光，檢測(cè)二次諧波實(shí)現(xiàn)氣體濃度的高靈敏測(cè)量，利用測(cè)量氣室和參考?xì)馐业亩沃C波比值來(lái)消除吸收系數(shù)隨環(huán)境的變化、光源光功率的波動(dòng)和光路干擾對(duì)測(cè)量精度的影響[13]。

2009年，華南理工大學(xué)肖兵等基于自平衡激光接收器和數(shù)字鎖定放大器構(gòu)造了TDLAS汽車(chē)尾氣動(dòng)態(tài)濃度測(cè)量系統(tǒng)，自平衡激光接收器通過(guò)引入一個(gè)低頻反饋回路去維持吸收信號(hào)和參考信號(hào)的自動(dòng)平衡，數(shù)字鎖定放大器由DSP芯片實(shí)現(xiàn)相關(guān)檢測(cè)算法，提高了系統(tǒng)的測(cè)量靈敏度[14]。

2010年，南京航空航天大學(xué)齊潔提出了基于光源掃描的光纖氣體傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了一種新的基于查分吸收院里的氣體傳感系統(tǒng)，能對(duì)單一氣體記性對(duì)波段測(cè)定檢測(cè)，同時(shí)可以完成多種氣體共存環(huán)境的檢測(cè)。提出了一種基于最小二乘的背景噪聲消除方法。利用傳感氣室的輸入和輸出的擬合曲線(xiàn)相除的方法，實(shí)現(xiàn)了傳感器輸出的歸一化，解決了傳感器背景噪聲漂移的問(wèn)題，同時(shí)解決了濃度對(duì)氣體吸收譜擬合線(xiàn)的影響，提高了測(cè)量精度[4]。

2012年，張可可[5]以比爾-郎伯定律為理論基礎(chǔ)，研究利用光譜吸收法測(cè)量氣體的濃度，根據(jù)HIRAN數(shù)據(jù)庫(kù)，選擇近紅外區(qū)甲烷2v3帶R3支的三條氣體吸收線(xiàn)記性研究，并確定吸收譜線(xiàn)的相關(guān)參數(shù)。研究波長(zhǎng)調(diào)制光譜與諧波檢測(cè)理論，利用傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)模型和泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)模型分析各次諧波信號(hào)，在頻率調(diào)制信號(hào)模型的基礎(chǔ)上，采用頻率-強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)模型研究強(qiáng)度調(diào)制對(duì)各次諧波信號(hào)的影響。研究高斯線(xiàn)型和洛倫茲線(xiàn)型的各次諧波型號(hào)余波長(zhǎng)調(diào)制系數(shù)的關(guān)系，確定各次諧波最佳的波長(zhǎng)調(diào)制系數(shù)。對(duì)激光在光路中多次反射形成的標(biāo)準(zhǔn)具曉瑩展開(kāi)研究，為標(biāo)準(zhǔn)具噪聲的抑制提供理論依據(jù)。

專(zhuān)利方面，國(guó)內(nèi)發(fā)明專(zhuān)利《D形光纖消逝場(chǎng)化學(xué)傳感器》，發(fā)明提出一種用于醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)控、食品安全等檢測(cè)量的D形光纖消逝場(chǎng)化學(xué)傳感器?！豆饫w生物傳感器》這是一種光纖生物傳感器，用于測(cè)定環(huán)境中微生物的種類(lèi)、含量等。《光纖液位傳感器》，一種光纖液位傳感器，包括有光源，探測(cè)器和傳感頭?！稁в泄饫w氣體傳感器的傳感系統(tǒng)》 專(zhuān)利號(hào)：CN101545860 發(fā)明人：夏華;J·S·戈德米爾;K·T·麥卡錫;A·庫(kù)馬;R·安尼格里;E·伊爾梅茨;A·V·塔瓦爾;Y·趙。這是一種包括光纖芯(32)的光纖氣體傳感器(20),該傳感器具有 位于光纖芯周?chē)木哂胁煌{(diào)幅輪廓的第一和第二折射率周期調(diào)制光 柵結(jié)構(gòu)（36、38)。光纖包層(40)位于所述第一和第二折射率周期 調(diào)制光柵結(jié)構(gòu)周?chē)?。敏感?42)位于所述折射率周期調(diào)制光柵結(jié)構(gòu) 的其中一個(gè)的光纖包層周?chē)?。該敏感層包括由Pd基合金制成的敏感材 料,該P(yáng)d基合金例如是納米PdOx、納米Pd(x)Au(y)Ni(1-x-y)或納米 Pd/Au/WOx。光纖氣體傳感器提供對(duì)來(lái)自燃燒環(huán)境的局部溫度校正氣 體濃度和成分的測(cè)量。本發(fā)明也描述了具有一個(gè)或多個(gè)光纖氣體傳感 器的陣列的基于反射或基于透射的傳感系統(tǒng)。《一種光纖氣體傳感器》 專(zhuān)利號(hào)：CN101059443 發(fā)明人：侯長(zhǎng)軍;霍丹群;張紅英;廖海洋;鄭小林;侯文生;楊軍;皮喜田。這是一種光纖氣體傳感器,涉及檢測(cè)光氣及揮發(fā)性有機(jī)氣體的光纖氣體傳感器。本發(fā)明傳感器 主要包括入射光線(xiàn)和出射光纖、反應(yīng)池及金屬卟啉溶液等。由于本發(fā)明傳感器具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉；能使待測(cè)氣體與金屬卟啉溶液敏感物質(zhì)充分反應(yīng),顯著提高檢測(cè)的靈敏度；同一 反應(yīng)池能對(duì)多種目標(biāo)氣體同時(shí)進(jìn)行有效檢測(cè)；從反應(yīng)池的加料口加入不同的金屬卟啉溶液, 就能對(duì)不同的目標(biāo)氣體進(jìn)行有效檢測(cè),檢測(cè)范圍廣等特點(diǎn),故本發(fā)明傳感器可廣泛應(yīng)用于廠(chǎng) 房裝修、室內(nèi)裝修、工業(yè)生產(chǎn)及精細(xì)化工等行業(yè)中檢測(cè)光氣及揮發(fā)性有機(jī)物氣體,有利于環(huán) 境保護(hù)和人們的身心健康。SENSING SYSTEM WITH OPTICAL FIBER GAS SENSOR，專(zhuān)利號(hào)：JP2009244262發(fā)明人：XIA HUA;GOLDMEER JEFFREY SCOTT;MCCARTHY KEVIN THOMAS;KUMAR ADITYA;ANNIGERI RAVINDRA;YILMAZ ERTAN;TAWARE AVINASH VINAYAK;ZHAO YU。這個(gè)專(zhuān)利發(fā)明了一種傳感系統(tǒng)以及傳感器。傳感系統(tǒng)包括一組不同類(lèi)別的光纖氣體傳感器，這些傳感器通過(guò)溫度修正測(cè)量氣體濃度。光纖氣體傳感器包括光纖芯，第一和第二折射率周期性調(diào)制光柵結(jié)在光纖芯里有不同的振幅調(diào)制方法。光纖包層包裹著第一和第二折射率周期性調(diào)制光纖結(jié)構(gòu)。傳感層位于光纖包層結(jié)構(gòu)中。傳感層包括一個(gè)由Pb合金傳感材料，如納米級(jí)氧化鉑等。光纖氣體傳感器是在燃燒環(huán)境中通過(guò)溫度修正測(cè)量氣體濃度。

1.2光纖氣體傳感器分類(lèi)

（1）光譜吸收型光纖氣體傳感器 光譜法通過(guò)檢測(cè)樣氣透射光強(qiáng)或反射光強(qiáng)的變化來(lái)檢測(cè)氣體濃度。每種氣體分子都有自己的吸收譜特征，光源的發(fā)射譜只有在與氣體吸收譜重疊的部分才產(chǎn)生吸收，吸收后的光強(qiáng)發(fā)生變化。根據(jù)比爾-朗伯定律，當(dāng)波長(zhǎng)為λ 的單色光在充有待測(cè)氣體的氣室中

傳播距離為L(zhǎng) 后，其吸收后的光強(qiáng)為：

I(λ)=I0(λ)exp(-αλCL)（1）

式（1）中，I0(λ)為波長(zhǎng)為λ 的單色光透過(guò)不含待測(cè)氣體的氣室時(shí)的光強(qiáng)；C 為吸收氣體的濃度；αλ為光通過(guò)介質(zhì)的吸收系數(shù)。整理即：

I0)IC???L

（2）

ln(通過(guò)檢測(cè)通氣前后光強(qiáng)的變化，就可以測(cè)出待測(cè)氣體的濃度。利用介質(zhì)對(duì)光吸收而使光產(chǎn)生衰減這一特性制成吸收型光纖氣體傳感器原理如圖1 所示。光源發(fā)出的光，由光纖送入氣室，被氣體吸收后，由出射光纖傳至光電探測(cè)器，得到的信號(hào)光送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，可得出氣體濃度。

圖1 光纖氣體傳感器原理框圖

（2）漸逝場(chǎng)型光纖氣體傳感器

漸逝場(chǎng)型光纖傳感器是利用光纖界面附近的漸逝場(chǎng)被氣體吸收峰衰減來(lái)測(cè)量氣體濃度的方法，是一種功能性光纖傳感器，從本質(zhì)上說(shuō)，可以認(rèn)為是一種特殊的光纖光譜吸收型傳感器。（3）熒光型光纖氣體傳感器

這是一種通過(guò)測(cè)量與氣體相應(yīng)的熒光輻射來(lái)確定其濃度的光纖氣體傳感器。熒光可以由被測(cè)氣體本身產(chǎn)生也可以由其相互作用的熒光染料產(chǎn)生。熒光物質(zhì)受吸收光譜中特定波長(zhǎng)的光照射時(shí)，被測(cè)氣體的濃度既可以改變熒光輻射的強(qiáng)度，也可以改變其壽命。和吸收型光纖氣體傳感器相比，熒光行傳感器使用波長(zhǎng)（熒光波長(zhǎng)）不同于激勵(lì)波長(zhǎng)。由于不同的熒光材料通常具有不同的熒光波長(zhǎng)，因此熒光傳感器對(duì)被測(cè)量的鑒別性好。實(shí)際上希望輻射波長(zhǎng)和激勵(lì)波長(zhǎng)離開(kāi)的越遠(yuǎn)越好，在輸出端可用廉價(jià)的波長(zhǎng)濾波器將激勵(lì)光和傳感光分開(kāi)。通常激勵(lì)波長(zhǎng)在可見(jiàn)光或紅外區(qū)，這一波段上光源技術(shù)成熟，幾個(gè)也比較低廉。（4）燃料指示劑型光纖氣體傳感器

一些氣體在石英光纖低耗窗口內(nèi)沒(méi)有較強(qiáng)的吸收峰，或者雖有吸收峰但相應(yīng)波長(zhǎng)的光源或檢測(cè)器不存在或太昂貴，解決這些問(wèn)題的方法之一是應(yīng)用燃料指示劑作為中間物來(lái)實(shí)現(xiàn)間接傳感。燃料與被測(cè)氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得燃料的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，利用光纖傳感器測(cè)量這種變化，就可以得到被測(cè)氣體的濃度信息。最常見(jiàn)的燃料指示劑光纖氣體傳感器是pH值傳感器，一些燃料指示劑的顏色會(huì)隨著pH值得變化而變化，引起對(duì)光的吸收的變化。通過(guò)測(cè)量某些氣體濃度變化帶來(lái)的pH值變化，分析氣體濃度信息。

圖 2 1.3 光纖氣體傳感器的特點(diǎn)

由于光纖本身傳輸損耗和微型結(jié)構(gòu)，光纖氣敏傳感器存在兩個(gè)基本限制：一是光線(xiàn)的低損耗傳輸窗口的限制，石英光纖只在1.1~1.7um的近紅外區(qū)有低損耗和低散射。若在中、遠(yuǎn)紅外區(qū)進(jìn)行探測(cè)會(huì)造成光信號(hào)較大的衰弱，致使光通過(guò)待測(cè)氣體后的變化與氣體的檢測(cè)參數(shù)不成特定的關(guān)系。而多數(shù)氣體在中、遠(yuǎn)紅外光譜區(qū)存在較強(qiáng)的吸收光譜。另一限制是光纖本身的微型結(jié)構(gòu)使得光纖只有較小的數(shù)值孔徑，光耦合難以很高。但在短距離傳輸檢測(cè)中，采用數(shù)值孔徑較大的塑料光纖可提高光耦合，又不會(huì)產(chǎn)生較大的傳輸損耗。

盡管光纖氣體傳感純?cè)谙拗?，但光纖氣體傳感器較傳統(tǒng)的氣體傳感器仍具有很多優(yōu)點(diǎn)：

（1）光纖氣體傳感器本質(zhì)安全、抗電磁干擾、絕緣性能好，且耐高溫、耐高壓、防腐蝕、阻燃防爆，適用于遠(yuǎn)距離遙測(cè)和某些特殊環(huán)境的分析；（2）光纖傳輸損耗低，信息容量大，直徑細(xì)，重量輕，光纖及探頭均可微型化；

（3）測(cè)量范圍寬，精度高，工作穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，成本低，可同時(shí)進(jìn)行多參數(shù)或連續(xù)多點(diǎn)檢測(cè)疑惑的大量信息；

（4）系統(tǒng)匹配性能好，容易實(shí)現(xiàn)檢測(cè)及反饋控制的數(shù)字化、自動(dòng)化和一體化；

（5）光纖探頭對(duì)被測(cè)量場(chǎng)的影響小，靈敏度高，動(dòng)態(tài)范圍大，響應(yīng)速度快；（6）光纖的生物兼容性好，加之良好的柔韌性和不帶點(diǎn)的安全性，使之尤其適應(yīng)于生物和臨床醫(yī)學(xué)上的實(shí)時(shí)、體內(nèi)檢測(cè)；

（7）在大多數(shù)情況先，光纖氣體傳感器不改變樣品的組成，是非破壞性分析。

由于光纖氣體闖愛(ài)情具有上述有點(diǎn)，尤其他的本質(zhì)安全、抗電磁干擾的特點(diǎn)，是其他氣體傳感器無(wú)法比擬的。這使它可以安全方便地用于易燃易爆、強(qiáng)電磁干擾或其他惡劣環(huán)境中氣體的檢測(cè)。

產(chǎn)品調(diào)研

1、北京品傲光電科技有限公司 光纖傳感器性能指標(biāo)如圖3：

圖 3 系統(tǒng)設(shè)備及參數(shù)如圖4：

圖 4 光纖氣體傳感器課探測(cè)氣體如圖5：

圖 5 產(chǎn)品實(shí)例圖：

10,000 ppm= 1％ v / v（體積之比）價(jià)格：

35萬(wàn)左右。基恩士（香港）有限公司

目前產(chǎn)品只能測(cè)氣體的有無(wú)，但工作溫度能到達(dá)300度

2、深圳富凱士公司

只能測(cè)單一氣體的話(huà)是有成品，但是要將混合氣體的成分區(qū)分開(kāi)來(lái)的話(huà)，我們還在實(shí)驗(yàn)室階段，暫時(shí)沒(méi)有成品提供。

3、北京蔚藍(lán)仕沒(méi)有相關(guān)光纖氣體傳感器。

瀏覽多家國(guó)外知名氣體傳感器廠(chǎng)家中國(guó)區(qū)主頁(yè)，如英國(guó)City Technology；日本費(fèi)加羅，歐姆龍（只能測(cè)物體數(shù)量）Nemoto；美國(guó)飛思卡爾，歐米伽；德國(guó)SENSOR等。未發(fā)現(xiàn)相關(guān)光纖氣體傳感器的產(chǎn)品。

長(zhǎng)春光機(jī)所：期刊論文《用于石油測(cè)井和管道運(yùn)輸?shù)姆植际焦饫w傳感技術(shù)》，闡述了我國(guó)分布式壓力，溫度光纖傳感器在石油化工方面的應(yīng)用情況。

發(fā)明專(zhuān)利《D形光纖消逝場(chǎng)化學(xué)傳感器》，發(fā)明提出一種用于醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)控、食品安全等檢測(cè)量的D形光纖消逝場(chǎng)化學(xué)傳感器?！豆饫w生物傳感器》，這是一種光纖生物傳感器，用于測(cè)定環(huán)境中微生物的種類(lèi)、含量等?！豆饫w液位傳感器》，一種光纖液位傳感器，包括有光源，探測(cè)器和傳感頭。安徽光機(jī)所： 王曉梅等《基于可調(diào)諧二極管激光吸收光譜的高精度痕量氣體濃度定量方法》，分析了TDLAS諧波信號(hào)的特征，建立了諧波信號(hào)的數(shù)學(xué)模型，利用較高濃度氣體的二次諧波信號(hào)作為曲線(xiàn)，對(duì)待測(cè)氣體的諧波信號(hào)進(jìn)行線(xiàn)性回歸。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳娟，馮錫鈺，蒲春華.光纖氣體傳感器綜述[J].吉林工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版)，1997.14-15 [2] 賈振安,王佳,喬學(xué)光,葛朋.光纖傳感技術(shù)在氣體檢測(cè)方面的應(yīng)用[J].光通訊技術(shù),2009.55-58 [3] 張愛(ài)軍.光譜吸收型光纖氣體傳感器的研究.武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.2005,1:54-57 [4] 齊潔.光譜吸收型光纖氣體傳感技術(shù)研究.南京航空航天大學(xué)博士畢業(yè)論文.2010,2:1-2 [5] 張可可.光譜吸收式光纖氣體檢測(cè)理論及技術(shù)研究.哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)文論文.2012,2:1-2 [6] 葉險(xiǎn)峰,湯偉中.CH4氣體光纖傳感器的研究[J].半導(dǎo)體光電.2001,21(3):218-200 [7] 王玉田,郭增軍,王莉田等.投射式光纖甲烷氣體傳感器的研究[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào).2001,6(2):147-151 [8] 王玉田,郭廷榮,張為俊.高分辨率高靈敏度可調(diào)諧近紅外二極管激光光譜探測(cè)[J].光學(xué)與光學(xué)技術(shù).2004,(23):5-8 [9] 闞瑞峰,劉文清,張玉鈞等.基于可調(diào)諧激光吸收光譜的大氣甲烷監(jiān)測(cè)儀[J].光學(xué)學(xué)報(bào).2006,26(1):67-70 [10] 王曉梅,張玉鈞,劉文清等.可調(diào)諧二極管吸收光譜痕量氣體濃度算法的研究[J].中國(guó)激光.2006,3(Suppl):349-352 [11] 王艷菊,王玉田,王忠東.光纖甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)的研究[J].壓電與聲光.2007,29(2):148-152 [12] 陳玖英,劉建國(guó),張玉鈞等.調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜自平衡檢測(cè)方法研究[J].光學(xué)學(xué)報(bào).2007,27(2):350-353 [13] 褚衍平,張景超,管立君等.雙氣室氣體檢測(cè)系統(tǒng)的研究[J].應(yīng)用光學(xué).2008,29(3):390-393 [14] 肖兵,梁瑛琳,葉一如.提高基于TDLAS的廢棄動(dòng)態(tài)濃度測(cè)量系統(tǒng)分辨率與靈敏度的方法[J].儀表技術(shù)與傳感器.2009,5:99-102 [15] 郭栓運(yùn).差分光譜光纖氣體傳感器的基本原理[J].應(yīng)用光學(xué).1989,6:28-31.[16] 王耀才,石藝尉,姜洪濤.光纖傳感技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用研究[J].光通信技術(shù).1999,1(35):4-9 [17] 曹茂永,張逸芳,張士昌等.吸收光譜式光纖瓦斯傳感器的參數(shù)設(shè)計(jì)[J].煤炭學(xué)報(bào).1997,22(3):280-283.[18] 劉文琦,牛德芳.光纖甲烷氣體傳感器的研究[J].儀表技術(shù)與傳感器.1999,1:35-36.[19] Jin wei.Crosstalk analysis of a TMD fiber gas sensor array using wavelength modulation of the DFB lase[J]r.SPIE Conference of Fiber Optic Sensor Technology and Applications.1999:326-337.[20] Jin wei.Performance analysis of a time-division-multiplexed fiber-optic gas-sensor array by wavelength modulation of a distributed-feedback laser[J].Applied Optics.1999,38(25):5290-5297.[21] 喻洪波,廖延彪,靳偉等.光纖化的氣體傳感技術(shù)[J].激光與紅外.2002,32(3):193-196.

第四篇：24 傳感器技術(shù)的發(fā)展方向

?全球范圍內(nèi)大概有兩萬(wàn)多種傳感器，在現(xiàn)代這種高科技的發(fā)展需求，新型傳感器層出不窮，不斷的適應(yīng)形勢(shì)的發(fā)展，不斷的豐富傳感器家族。下面是詳

細(xì)的傳感器技術(shù)的發(fā)展方向：

1、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開(kāi)發(fā)新材料——新現(xiàn)象、新原理、新材料是發(fā)展傳感器技術(shù)，研究新型傳感器的重要基礎(chǔ)，每一種新原理、新材料的發(fā)現(xiàn)都會(huì)伴隨著新的傳感器種類(lèi)誕生。比如說(shuō)，在常溫狀態(tài)下，傳輸速度比任何半導(dǎo)體都快的碳化硅。

2、集成化，多功能化——向敏感功能裝置發(fā)展傳感器的集成化，最近積極地應(yīng)用了半導(dǎo)體集成電路技術(shù)及其開(kāi)發(fā)思想用于傳感器制造。如采用微細(xì)加工技術(shù)MEMS制作微型傳感器；采用厚膜和薄膜技術(shù)制作傳感器等。

3、向未開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域挑戰(zhàn)——生物傳感器到目前為止，正大力研究。開(kāi)發(fā)的傳感器大多為物理傳感器，今后應(yīng)積極開(kāi)發(fā)研究化學(xué)傳感器和生物傳感器。特別是智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，需要研制各種模擬人的感覺(jué)器官的傳感器，如已有的機(jī)器人力覺(jué)、觸覺(jué)傳感器、味覺(jué)傳感器等。

4、智能傳感器——具有判斷能力、學(xué)習(xí)能力的傳感器。事實(shí)上是一種帶微處理器的傳感器，它具有檢測(cè)、判斷和信息處理功能。

第五篇：氣體流量傳感器的工作原理

氣體流量傳感器的工作原理

氣體流量傳感器按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織IS07145(在環(huán)形截面封閉管道中的流體流量測(cè)定—在截面一點(diǎn)的速度測(cè)量法)，采用埋入壓電晶體的渦街測(cè)速探頭，流量傳感器插入大口徑工業(yè)管道內(nèi)，將卡門(mén)旋渦頻率轉(zhuǎn)換為與流量成正比的電流或電壓脈沖信號(hào)或4～20mADC電流信號(hào)。

氣體流量傳感器LUCB型插入式渦街流量計(jì)按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織IS07145(在環(huán)形截面封閉管道中的流體流量測(cè)定—在截面一點(diǎn)的速度測(cè)量法)，氣體流量傳感器采用埋入壓電晶體的渦街測(cè)速探頭，插入大口徑工業(yè)管道內(nèi)，將卡門(mén)旋渦頻率轉(zhuǎn)換為與流量成正比的電流或電壓脈沖信號(hào)或4～20毫安電流信號(hào)。