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题名低功耗甲烷传感器研究进展
被引量：10
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作者
王海波
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机构
天地(常州)自动化股份有限公司
中煤科工集团常州研究院有限公司
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出处
《工矿自动化》
北大核心
2021年第5期16-23,共8页
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基金
天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项项目(2019-TD-ZD007)。
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文摘
针对分布式无线甲烷传感器需功耗低、微型化、响应时间短、可靠性高、安全性好的要求,介绍了基于微机械电子系统技术和纳米材料的低功耗催化燃烧式、热导式、电导式甲烷传感器的工作原理和研究进展,分析了它们的优缺点,展望了低功耗甲烷传感器的发展方向和前景。①低功耗催化燃烧式甲烷传感器可测量低浓度甲烷,然而易中毒,稳定性不高,由于工作温度较高,低功耗催化燃烧式甲烷传感器的功耗一般较高,通过采用脉冲方式运行,传感器平均功耗可降低至2 mW以下;然而其稳定性不高,未来的研究方向是改进封装工艺或者催化材料,以增强其抗毒化的能力,同时需结合人工智能和机器学习等先进算法研究免人工校准的低功耗催化燃烧式甲烷传感器。②低功耗热导式甲烷传感器具有全量程测量甲烷的能力,可同时测量低浓度和高浓度甲烷,在矿井中可以稳定运行,且对煤矿井下环境的适应力强,具有分布式无线甲烷传感器应用前景;未来的发展方向是改进电路模组,实现睡眠-唤醒运行模式,同时研究传感器元件和外围电路的集成技术,以实现片上集成式热导式甲烷传感系统,降低整体运行功耗。③低功耗电导式甲烷传感器分为室温型和微加热板型,室温型电导式甲烷传感器功耗较低,但响应时间较长;微加热板型电导式甲烷传感器功耗相对低,结合特定的纳米材料,可以在较低工作温度下实现对甲烷的响应,具有低浓度甲烷监测应用前景,但微加热板电导式甲烷传感器一般对环境湿度很敏感,基线易偏移,敏感材料对电极的粘附力差,器件重复性和可靠性均较差,需要进一步改进敏感材料和封装工艺;应用磁控溅射方法将半导体氧化物敏感材料沉积到电极上可提高材料的粘附力,从而提高器件的重复性和可靠性,同时需结合算法纠正基线偏移,保证微加热板型电导式传感器的稳定运行。④从整个传感系统角度看,传感元件外围电路的功耗有时甚至高于传感元件本身,未来的方向是研究片上集成式甲烷传感器,可大大降低外围电路功耗,形成极低功耗甲烷传感器。⑤需要研究先进的传感器自校准算法,实现分布式无线低功耗甲烷传感器免人工标校或自校准。
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关键词
甲烷传感器
催化燃烧式甲烷传感器
热导式甲烷传感器
电导式甲烷传感器
低功耗
纳米材料
微机械电子系统
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Keywords
methane sensor
catalytic combustion methane sensor
thermal conductivity methane sensor
electrical conductivity methane sensor
low power consumption
nano materials
micro-electro-mechanical system
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分类号
TD712
[矿业工程—矿井通风与安全]
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题名煤矿气体检测设备交叉干扰及评判方法研究
被引量：5
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作者
陈永冉
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机构
安标国家矿用产品安全标志中心有限公司
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出处
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2023年第2期63-69,93,共8页
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基金
“十三五”建设项目(2018-000052-91-01-000004)
安标国家矿用产品安全标志中心有限公司科技创新基金项目(2020ZL003)
中国煤炭科工集团有限公司科技创新创业资金专项项目(2020-QN001,2022-2-MS008)。
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文摘
目前煤矿井下气体检测设备常因交叉干扰造成误报警甚至不报警,存在安全隐患,且现行国家或行业标准并未对气体交叉干扰提出明确的评判方法。针对上述问题,结合煤矿井下实际的环境气体类型和体积分数阈值情况,采用理论分析和试验验证相结合的方法研究了基于催化燃烧、激光和电化学3种常用原理的气体检测设备的交叉干扰机理和交叉干扰特性,设计并进行了交叉干扰试验。结合现行标准中气体检测设备误差试验通用方法,提出了基于煤矿井下特殊气体环境的气体检测设备交叉干扰评判方法:采用试验方法对气体检测设备交叉干扰特性进行评估,通入交叉干扰气样,计算气体检测设备的交叉干扰值,并与设备最高精度比较,从而判断非目标气体是否对气体检测设备造成交叉干扰影响。试验结果表明:气体检测设备交叉干扰影响普遍存在,在煤矿井下特定气体环境条件下,基于催化燃烧原理的甲烷检测设备易受硫化物和氢气干扰,应避免长时间在含有硫化氢或二氧化硫的气体环境中使用,以免造成催化剂中毒或抑制,影响测量精度;基于激光原理的甲烷和乙炔检测设备基本不受煤矿井下常见气体干扰,可以不进行交叉干扰试验,基于激光原理的乙烯检测设备易受甲烷气体的影响,经交叉干扰评判合格的,可以在甲烷环境中使用,不合格的应明确产品不能在含有甲烷的环境中使用;基于电化学原理的气体检测设备的交叉干扰特性具有不确定性,需经交叉干扰评判后,明确其可以和不可以使用的交叉干扰气体环境。
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关键词
气体检测设备
交叉干扰机理
干扰特性
评判方法
催化甲烷传感器
激光气体传感器
电化学气体传感器
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Keywords
gas detection equipment
mechanism of cross interference
interference characteristics
evaluation method
catalytic methane sensor
laser gas sensor
electrochemical gas sensor
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分类号
TD71
[矿业工程—矿井通风与安全]
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