用于早期火灾探测的红外一氧化碳传感系统

摘要

基于非分散红外吸收光谱技术,利用CO气体分子在4.6μm处的基频吸收带,采用宽带红外热光源和双通道热释电探测器,研制了一种用于早期火灾探测的红外CO传感系统。根据系统检测原理,对CO分子在红外波段的吸收谱线进行了选择;推导了光学矩阵理论,设计并优化了气室结构,优化后气室的吸收光程达到180 cm。对研制的锁相放大器进行标定,1σ检测下限为0.15μV,背景噪声为38.89~43.23μV。对传感系统的性能进行了实验测试。结果显示,CO的检测分辨率优于2.00×10^(-5),响应时间为35~38 s。对纯氮气(N_(2))样品进行了长达80 min的监测,其浓度波动范围为-1.42×10^(-5)~1.51×10^(-5),当积分时间为0.25 s时,系统的检测下限为1.54×10^(-6);当积分时间为300 s时,系统的理论检测下限可达3.50×10^(-7)。引入卡尔曼滤波算法来提高系统的稳定性,对纯氮气进行长达80 min的探测,引入该算法后系统的检测下限降低到原来的23%,同时,当积分时间为0.25 s时,检测下限降低到3.60×10^(-7)。利用该传感系统,开展了棉花、纸张和木材的火灾阴燃实验,研究了CO浓度随阴燃时间的变化关系,验证了可通过CO浓度的变化来探测火灾发生的方法,证实了该传感系统呈现出良好的早期火灾探测能力。