光离子化气体传感器的研究与设计

摘要

光离子化气体传感器(Photo Ionization Detector,简称PID)主要用于石油化工等工业作业场所,对于突发的有机挥发物泄露事故,能够做到跟踪与查找泄露源、监测工作场所空气质量、确保作业人员生命安全等工作。突出的优势为:灵敏度高、鉴别能力强、响应速度快、应用范围广且易于携带,是简单、方便、快速的现场实用仪器。
　　本论文主要进行以下工作:
　　首先,在文中详细的阐述了光离子化的发生原理,并根据PID在当今国内外发展的现状与未来发展趋势,结合该领域现有技术的优缺点,提出PID仪器预期的设计目标。
　　其次,详细的分析了光离子化发生过程的能量源——紫外灯,从其外部结构、内充气体及灯体窗口材料等方面综合考虑,最终确定选用美国RAE公司生产的输出能量为10.6eV的无极真空紫外灯。本设计中采用12V的蓄电池为PID供电,因此采用双晶体管推挽自激振荡电路为紫外灯供电。从实际应用角度考虑,确定了电离室采用AxialFlow结构,并以集成开关电源控制器MAX641为核心构成DC~DC变换器,输出150V的直流电源为极板供电。接着介绍了气体隔膜泵的原理及特点,并确定了采用德国楷孚贸易(上海)有限公司生产的转速为0.5lmin的NMP05M气体隔膜泵作为带动气体进入电离室的吸气风扇,以W7805固定式三端稳压器为核心设计了驱动吸气风扇的电源电路。
　　再次,深入的阐述了微弱信号检测原理,并确定了降低噪声干扰的方法。以不失真为前提提出了前置放大电路的整体构成。对于传感器电离室内极板收集的微弱电流,首先要采用I/V转换电路将其转换为电压信号,再对已转换的电压信号进行有效的放大,最后还要完成滤波环节,用于排除参杂在有用信号中的有害噪声。其中,电源部分主要由LM117、AD580及MAX660电压转换器件构成,以LMC6082为核心器件实现电流-电压转换电路及放大电路,以仪表放大器AD627为核心构成二次放大电路及滤波电路。
　　最后,对PID做了相关的功能性试验,实验结果达到了预期的要求。

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第1章 绪论

1.1 课题的背景及研究意义

1.2 光离子化技术描述

1.3 光离子化气体传感器的发展历史与研究现状

1.4 本文的研究内容

1.5 本课题的设计目标

第2章 PID的工作原理及整体系统设计

2.1 概述

2.2 PID的工作原理

2.3 PID的整体系统设计

2.4 本章小结

第3章 基于光离子化的电离室与驱动电路设计

3.1 紫外灯光源

3.2 电离室

3.3 吸气风扇

3.4 本章小结

第4章 传感器微弱信号检测的前置放大电路设计

4.1 微弱信号检测原理

4.2 噪声的抑制及屏蔽

4.3 前置放大电路的设计与实现

4.4 本章小结

第5章 传感器规范性试验

5.1 常规技术指标试验

5.2 极端环境技术指标试验

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢