中科院半導體研究所:新型激光高溫濕度傳感器

時間:2018-08-29

來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

導語:濕度測量涉及國民生活、生產(chǎn)的眾多領(lǐng)域,囊括了氣象、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、倉儲、制藥、制酒、石油化工、電力和垃圾處理等。隨著國家對環(huán)保監(jiān)測的重視以及軍工、化工工藝的日益發(fā)展,濕度監(jiān)測越來越復雜,人們對濕度測量也提出了更高的要求。

濕度測量涉及國民生活、生產(chǎn)的眾多領(lǐng)域,囊括了氣象、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、倉儲、制藥、制酒、石油化工、電力和垃圾處理等。隨著國家對環(huán)保監(jiān)測的重視以及軍工、化工工藝的日益發(fā)展,濕度監(jiān)測越來越復雜,人們對濕度測量也提出了更高的要求。

2018年3月1日,環(huán)保部印發(fā)的《固定污染源煙氣(SO2、NOx、顆粒物)排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》HJ75-2017正式實施,主要修訂的內(nèi)容有:增加了煙氣濕度測試與質(zhì)控要求;簡化了方法和監(jiān)測儀器結(jié)構(gòu)的介紹;細化了CEMS的安裝要求;補充完善了調(diào)試檢測和技術(shù)驗收的方法、技術(shù)要求和相關(guān)表格記錄;細化了運行管理和質(zhì)量保證及數(shù)據(jù)審核和處理要求。目前在地方標準中,上海、浙江、天津、唐山等的標準還規(guī)定應采取煙溫控制和其他有效措施來消除石膏雨、有色煙雨等現(xiàn)象。

傳統(tǒng)的濕度測量方法有干濕球法(濕度測量受風速和溫度影響,對環(huán)境穩(wěn)定性要求高)、冷凝法(攜帶不便,適合定期抽樣式濕度測量)、濕敏電容(在高濕環(huán)境下,易受到液態(tài)水滴影響,造成測量飽和,并對使用壽命產(chǎn)生影響)、露點法(測量準確,但對測量環(huán)境要求高,無法實現(xiàn)復雜工況的在線測量)。由中科院半導體研究所開發(fā)的,基于可調(diào)諧半導體激光吸收光譜(TDLAS)濕度傳感器,采用非接觸式測量,光源線寬窄,有效避免交叉感染,適合復雜工況下的濕度測量。

在核心技術(shù)上,可調(diào)諧半導體激光吸收光譜濕度傳感器也有自己創(chuàng)新點。儀器本身采用的光學系統(tǒng)共膜干擾抑制技術(shù)、背景信號漂移抑制及扣除技術(shù)和環(huán)境因子修正技術(shù),這三項技術(shù)主要用于解決復雜環(huán)境對測量準確度有干擾的難題;大量程濕度自適應檢測算法及控制技術(shù)和飽和水浴高精度濕度發(fā)生技術(shù)則是為了應對大動態(tài)范圍的測量難題。

TDLAS技術(shù)測量濕度的優(yōu)勢在于:一、可靠性高,壽命長。主機的核心器件壽命超過五年,同時探頭為無源設(shè)計,亦可長期使用,大大降低了后期的維護費用;二、無需頻繁校準。由于采用非接觸式測量,核心傳感器不受復雜工況干擾,穩(wěn)定性高;三、精確度高。TDLAS技術(shù)的感濕特性曲線線性度好,線性度R2≥0.999,遠高于國家HJ75-2017對準確度的要求;四、全量程測量。TDLAS技術(shù)可以真正做到0-100%RH全量程測量。在低濕情況下,測量下限可以達到1ppmv,高濕情況下,可以穩(wěn)定的測量接近冷凝飽和100%RH濕度。

目前,TDLAS技術(shù)已經(jīng)在環(huán)保、工業(yè)、氣象行業(yè)、及軍工行業(yè)等有了廣泛運用。此外,TDLAS技術(shù)在國內(nèi)無人機高空室溫測量、文物領(lǐng)域高濕環(huán)境監(jiān)測、數(shù)據(jù)中心IDC機房濕度監(jiān)測上也得到了用戶的一致好評,其中文物領(lǐng)域的應用填補了國內(nèi)外市場空白。TDLAS的核心技術(shù)更是達到了國際先進水平,在濕度應用等方面具有重要意義,使用前景廣闊。

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