紫外光离子化检测器的电离室和硬件电路的优化设计

摘要

光离子化检测器是一种基于光电离原理的用于检测挥发性有机化合物或其它有毒有害气体的可便于携带，且具有灵敏度高、响应快速、测量准确、检测范围广、安全性高等众多优点的气体检测器。它不但可以嵌入气相色谱仪直接测定大气中痕量烃类化合物，而且在室内空气质量检测、工业流程检测、毒品与爆炸物检测、战场生化战剂监测、消防、反恐、航空航天等领域也有着广泛的应用。但由于我国对于光离子化检测器的研究起步比较晚，因此研制和生产的检测器与国外产品相比存在着很大的差距，且目前国内销售的光离子化检测器大部分来自国外。基于上述原因，本文围绕对现有的光离子化检测器如何改进和优化才能设计出高性能的检测器等问题进行了研究。
　　本文通过对现有光离子化检测器各个组成部分进行改进和优化的方法，以达到对整体性能优化的结果。本文首先简述了光离子化检测器的基本工作原理和整体系统结构，从中我们了解到影响检测器性能的组成部分主要是紫外灯、电离室、微弱信号检测电路等。为此，为了优化检测器的性能，我们对这些部分一一进行改进和优化。
　　对于电离光源紫外灯，通过在可电离的物质种类、使用寿命和制作成本这几方面的比较，本文选用了具有10.6eV能量的紫外灯。对于电离室，通过对两种结构的对比，本文将其设计为轴向流动式结构。对于微弱信号检测电路的设计，是基于现有的检测器存在严重的零点漂移，且输出电压与气体浓度的线性关系很差。因此，为了减小检测器的零点漂移和提高线性度，本文选用了各种性能优异的芯片。通过对它们的连接和配置，设计了性能优异的检测电路。
　　本文最后对设计的各部分进行了一系列测试，测试结果表明各项设计达到了优化的目的，检测器的性能得到了改善。

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1.绪 论

1.1 课题的研究依据、研究目的和意义以及经费来源

1.2 光离子化检测器的发展现状及趋势

1.3 光离子化检测器的应用

1.4 本文研究的主要内容

2.光离子化检测器的基本工作原理及整体系统结构

2.1 光离子化检测器的基本工作原理

2.2 光电离微观机制的分析[17]

2.3 光离子化检测器的整体系统结构

2.4 前期取得的成果及不足

2.5 本章小结

3.光离子化检测器电离室的优化设计

3.1电离光源的选取与激发

3.2 电离室结构的优化设计

3.3 电离室材料的选择

3.4 本章小结

4.光离子化检测器硬件电路的优化设计

4.1 微弱信号检测电路的设计

4.2 紫外灯驱动电路的优化设计

4.3 偏置电路的优化设计

4.4 微控制器的选择及外围电路的设计

4.5 本章小结

5.光离子化检测器的测试及实验结果分析

5.1 电离室结构的测试及结果分析

5.2 微弱信号检测电路的测试及结果分析

5.3 光离子化检测器的测试及结果分析

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢