甲烷气体浓度检测 光纤传感器
甲烷气体检测电路原理
甲烷气体检测电路原理
甲烷气体检测电路主要由传感器、信号处理电路和报警电路三部分组成。
1. 传感器：传感器通常使用半导体气敏电阻或气体敏感元件来检测甲烷气体浓度。
当甲烷气体接触到传感器时，其电阻值会发生变化，通过测量电阻值的变化来判断甲烷气体的浓度。
2. 信号处理电路：信号处理电路用于放大、滤波和转换传感器输出的电信号，以便对甲烷气体浓度进行准确的测量和判断。
信号处理电路可以采用放大器、滤波器、模数转换器等电子元件来实现。
3. 报警电路：当甲烷气体浓度超过预设阈值时，报警电路会触发警报装置发出声光信号。
报警电路通常由比较器、触发器、蜂鸣器、指示灯等组成，当传感器输出的信号超过阈值时，比较器将触发触发器，进而触发报警装置。
整个电路工作原理是：传感器检测到甲烷气体浓度，通过输出电信号表示浓度；信号处理电路对传感器输出的信号进行放大、滤波和转换处理；报警电路根据处理后的信号判断是否触发报警装置发出声光信号，以提醒人们存在甲烷气体的危险。
gjc4矿用低浓度甲烷传感器说明书
gjc4矿用低浓度甲烷传感器说明书标题：GJC4矿用低浓度甲烷传感器说明书引言GJC4矿用低浓度甲烷传感器是一种用于检测矿井、煤矿等工业场所中甲烷气体浓度的设备。
本说明书将介绍该传感器的工作原理、技术参数、安装方法和注意事项等内容，以帮助用户正确、安全地使用该传感器。
一、传感器概述GJC4矿用低浓度甲烷传感器是一种基于化学传感原理的气体检测设备，主要用于检测煤矿等工业场所中甲烷气体的浓度。
该传感器具有高精度、快速响应、稳定性好等特点，能够有效地预警和监测甲烷气体的存在。
二、工作原理GJC4矿用低浓度甲烷传感器采用半导体气敏电阻元件作为传感器的核心部件。
当周围环境中存在甲烷气体时，甲烷分子会与传感器表面的氧分子发生化学反应，导致电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化，可以推算出甲烷气体的浓度。
三、技术参数1. 测量范围：0-100%LEL（Lower Explosive Limit，下爆炸限）2. 灵敏度：≤5%LEL3. 响应时间：≤10秒4. 工作电压：DC 24V5. 输出信号：4-20mA6. 工作温度：-20℃~50℃7. 防爆等级：Ex d I Mb四、安装方法1. 选择合适的安装位置：传感器应安装在可能存在甲烷泄漏的区域，避免阳光直射和强风吹拂。
2. 固定传感器：使用固定支架将传感器固定在墙壁或天花板上，确保传感器的稳定性和安全性。
3. 连接电源：将传感器与电源连接，并确保电压稳定。
4. 连接信号线：将传感器的4-20mA信号线连接到控制系统或报警器上，以实现实时监测和报警功能。
五、注意事项1. 传感器应定期进行校准，以确保测量结果的准确性和可靠性。
2. 避免传感器受到强烈的振动和冲击，以免影响传感器的正常工作。
3. 定期清洁传感器表面，避免灰尘和污物的积聚，影响传感器的灵敏度。
4. 安装和维护传感器时，应按照相关安全规范进行操作，确保人员安全。
结论GJC4矿用低浓度甲烷传感器是一种可靠、精确的甲烷气体检测设备，广泛应用于煤矿等工业场所。
本质安全型多通道光纤甲烷传感器说明书
ICS17.180.99CCS N10CSOE中国光学工程学会团体标准T/CSOE0001—2023本质安全型多通道光纤甲烷传感器Intrinsically Safe Multi-channel Optical Fiber Methane Sensors2023-07-17发布2023-07-31实施目次前言 (Ⅱ)1范围 (1)2规范性引用文件 (1)3术语和定义 (1)4系统结构 (2)5系统功能 (3)5.1基本功能 (3)5.2输出信号制式 (3)6技术要求 (3)6.1外观及结构 (3)6.2分辨力 (3)6.3测量值的重复性和测量误差 (3)6.4工作电压范围 (4)6.5光纤传输距离对测量误差的影响 (4)6.6工作稳定性 (4)6.7响应时间（T90） (4)6.8报警功能 (4)6.9绝缘电阻 (4)6.10工频耐压 (4)6.11环境适应性 (4)6.12防爆要求 (6)6.13电磁兼容性 (6)7试验方法 (6)7.1试验条件 (6)7.2测试方法 (7)8检验规则 (12)8.1概述 (12)8.2出厂检验 (13)8.3型式检验 (13)9标志、包装、使用说明书、运输和贮存 (14)9.1标志 (14)9.2包装 (14)9.3使用说明书 (14)9.4运输 (14)9.5贮存 (15)附录A（资料性）甲烷气体爆炸下限与体积浓度的换算关系 (16)前言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。
本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国光学工程学会提出。
本文件由中国光学工程学会归口。
本文件起草单位：山东微感光电子有限公司、国家石油天然气管网集团有限公司科学技术研究总院分公司、山东省科学院激光研究所、天地（常州）自动化股份有限公司、中国科学院合肥物质科学研究院、南方科技大学、重庆大学、华中科技大学、厦门大学、山东星冉信息科技有限公司、光力科技股份有限公司。
KGJ23型高低浓度甲烷传感器
KGJ23型高低浓度甲烷传感器
KGJ23型高低浓度甲烷传感器用于连续检测煤矿井下空气中的瓦斯含量，具有多种标准信号制式输出，联检后能与煤矿安全监控系统、风电瓦斯闭锁装置及瓦斯断电仪配套使用。
该传感器是一种智能型检测仪表，具有稳定可靠、使用方便等特点，调零、调精度、报警点设置等均可通过遥控器实现。
技术参数
防爆型式：矿用隔爆兼本质安全型
测量范围：0～40% CH4
测量误差：%CH4
响应时间：小于20 s
遥控范围：距离不大于5 m ，角度不大于120°
报警点：0.3～4.00%CH4可任意设置（出厂调至1.0% CH4）
报警方式：红色灯光闪烁，蜂鸣器断续鸣叫，响度大于80 dB（18 V 供电，距离1 m）断电点：0.3～4.00%CH4可任意设置（出厂调至1.5% CH4）
断电信号输出：接负载电阻1000Ω时，高电平不小于3 V，低电平不大于0.5 V
复电点：0.3～4.00%CH4可任意设置（出厂调至1.0% CH4）
工作电压：直流9～24 V
工作电流：DC 18 V 不大于80 mA
标定流量：200 ml/min
外形尺寸：266×120×45 (mm)
重量：1 kg
支持在线标校设定与解除。
甲烷气体浓度检测传感器模组
甲烷气体浓度检测传感器模组甲烷气体浓度检测传感器模组特点：★是款内置微型气体泵的安全便携装置★整机体积小,重量轻,防水,防爆,防震设计.★高精度,高分辨率,响应迅速快.★采用大容量可充电锂电池,可长时间连续工作.★数字LCD背光显示，声光、振动报警功能.★上、下限报警值可任意设定，自带零点和目标点校准功能，内置温度补偿，维护方便.★宽量程，最大数值可显示到50000ppm、100.00%Vol、100%LEL.★数据恢复功能，免去误操作引起的后顾之忧.★显示值放大倍数可以设置，重启恢复正常.★外壳采用特殊材质及工艺，不易磨损，易清洁，长时间使用光亮如新.甲烷气体浓度检测传感器模组产品特性：★是款内置微型气体泵的高精度的手式安全便携装备;★进口电化学传感器具有良好的抗干扰性能，使用寿命长达3年;★采用先进微处理器技术，响应速度快,测量精度高，稳定性和重复性好;★检测现场具有现场声光报警功能，气体浓度超标即时报警，是危险现场作业的安全保障;★现场带背光大屏幕LCD显示，直观显示气体浓度/类型/单位/工作状态等;★全量程范围温度数字自动跟踪补偿，保证测量准确性;★半导体纳米工艺超低功耗32位微处量器;★全软件自动校准,传感器多达6级目标点校准功能,保证测量的准确性和线性,并且具有数据恢复功能;★全中文/英文操作菜单,简单实用,带温度补偿功能;★防高浓度气体冲击的自动保护功能;甲烷气体浓度检测传感器模组技术参数：检测气体：空气中的甲烷气体检测范围：0-100ppm、500ppm、1000ppm、5000ppm、0-100%LEL分辨率：0.1ppm、0.1%LEL显示方式：液晶显示温湿度：选配件，温度检测范围：-40～120℃，湿度检测范围：0-100%RH检测方式：扩散式、流通式、泵吸式可选安装方式：壁挂式、管道式检测精度：≤±3%线性误差：≤±1%响应时间：≤20秒（T90）零点漂移：≤±1%（F.S/年）恢复时间：≤20秒重复性：≤±1%信号输出：①4-20mA信号：标准的16位精度4-20mA输出芯片，传输距离1Km②RS485信号：采用标准MODBUS RTU协议，传输距离2Km③电压信号：0-5V、0-10V输出，可自行设置④脉冲信号：又称频率信号，频率范围可调（选配）⑤开关量信号：标配2组继电器，可选第三组继电器，继电器无源触点，容量220VAC3A/24VDC3A传输方式：①电缆传输：3芯、4芯电缆线，远距离传输（1-2公里）②GPRS传输：可内置GPRS模块，实时远程传输数据，不受距离限制（选配）接收设备：用户电脑、控制报警器、PLC、DCS、等报警方式：现场声光报警、外置报警器、远程控制器报警、电脑数据采集软件报警等报警设置：标准配置两级报警，可选三级报警；可设置报警方式：常规高低报警、区间控制报警电器接口：3/4″NPT内螺纹、1/2″NPT内螺纹，同时支持2种电器连接方式防爆标志：ExdII CT6（隔爆型）壳体材料：压铸铝+喷砂氧化/氟碳漆，防爆防腐蚀防护等级：IP66工作温度：-30～60℃工作电源：24VDC（12～30VDC）工作湿度：≤95%RH，无冷凝尺寸重量：183×143×107mm(L×W×H）1.5Kg(仪器净重)工作压力：0～100Kpa标准配件：说明书、合格证质保期：一年甲烷气体浓度检测传感器模组简单介绍：甲烷气体浓度检测传感器模组报警器高精度、高分辨率，响应快速，超大容量锂电充电电池，采样距离远，LCD背光显示，声光报警功能，上、下限报警值可任意设定，可进行零点和任意目标点校准，操作简单，具有误操作数据恢复功能.甲烷气体浓度检测传感器模组应用场所：医药科研、学校科研、制药生产车间、烟草公司、环境检测、楼宇建设、消防报警、污水处理、石油石化、化工厂、冶炼厂、钢铁厂、煤炭厂、热电厂、锅炉房、加气站、垃圾处理厂、隧道施工、输油管道、航空航天、工业气体过程控制、室内空气质量检测、地下燃气管道检修、危险场所安全防护、军用设备检测等。
甲烷传感器工作原理
甲烷传感器工作原理甲烷传感器是一种用于检测空气中甲烷浓度的设备，它在工业生产、矿山安全、家用燃气等领域有着广泛的应用。
了解甲烷传感器的工作原理对于正确使用和维护这一设备至关重要。
甲烷传感器的工作原理主要基于化学反应和电学原理。
当空气中存在甲烷时，甲烷分子会与传感器中的化学物质发生反应，导致化学物质的电学性质发生变化。
这种变化会被传感器检测到，并转化为电信号输出。
通过测量这一电信号的大小，就可以确定空气中甲烷的浓度。
传感器中的化学物质通常是一种特殊的半导体材料，它的电学性质会随着与甲烷的接触而发生变化。
这种变化可以是导电性的增加或减少，也可以是电阻率的变化。
传感器会通过内部的电路将这种变化转化为可测量的电信号，并输出给用户使用。
甲烷传感器的工作原理还涉及到温度和湿度的影响。
温度和湿度的变化会影响传感器中化学物质的反应速率和灵敏度，因此在使用传感器时需要注意环境的温湿度情况，以保证传感器的准确性和稳定性。
除了化学反应，甲烷传感器还可以采用红外线吸收原理进行测量。
甲烷分子对特定波长的红外线具有吸收能力，传感器会发射特定波长的红外线，然后测量经过空气中的甲烷后残留的红外线强度，从而确定甲烷浓度。
总的来说，甲烷传感器的工作原理是基于化学反应和电学原理的。
通过测量化学物质的电学性质变化或利用红外线吸收原理，可以准确地检测空气中的甲烷浓度。
在使用甲烷传感器时，需要注意环境温湿度的影响，以确保传感器的准确性和稳定性。
对于不同类型的甲烷传感器，其工作原理可能会有所不同，但核心的测量原理是相似的。
通过了解甲烷传感器的工作原理，可以更好地理解其在实际应用中的特点和限制，从而更好地使用和维护这一设备，确保工作环境的安全和稳定。
光纤甲烷气体传感研究
西安石油大学本科毕业设计（论文）光纤甲烷气体传感研究摘要：瓦斯爆炸严重威胁到煤矿作业人员的生命安全，影响矿井的正常生产。
矿井中瓦斯的主要成分是甲烷，有效准确地预测甲烷爆炸的相关信息关系重大。
本文以甲烷为目标气体，针对光谱吸收型光纤气体传感器的解调系统进行研究。
在分析甲烷气体的近红外吸收谱线的基础上，利用DFBLD光源和光纤设计了低浓度气体谐波检测系统。
文中讨论了甲烷气体吸收光谱原理，并对甲烷气体吸收谱线进行了选择。
分析了光谱吸收型光纤气体传感器的两种检测方法——差分吸收检测法和波长调制谐波检测法并选择了波长调制谐波检测法。
建立了基于波长调制谐波检测技术的吸收型光纤气体传感器解调系统的实验模型，并对该模型进行了实验研究。
结果表明甲烷气体浓度与二次谐波信号电压值成线性关系。
其线性度拟合系数为0.9903，灵敏度为0.0457V/%。
根据光电微弱信号检测的原理以及波长调制谐波检测的光纤气体检测模型，设计了光电微弱信号检测系统。
完成了谐波检测微弱信号处理的锁相放大、高频正弦调制和倍频等电路的设计。
对电路的功能及性能进行了测试，结果表明解调系统稳定性高，重复性好，灵敏度高且结构简单成本低廉。
关键词：甲烷；光纤气体传感器；谐波检测；锁相放大；倍频电路西安石油大学本科毕业设计（论文）Research on Fiber-optic Sensing of Methane gasAbstract：The gas explosion seriously threatens the security of the coal miners as well as the mine pit regular production. In the mine pit methane is the principal constituent gas, accurately and effectively forecast the information of methane explodes is very significant. In this paper, the methane gas is considered as investigated gas, and author focused on the investigation of the absorption spectra fiber-optic gas sensor demodulation systems. Based on the analysis of the near-infrared absorption lines of methane gas, a low concentration of the gas detection harmonic wave system has been designed by using the DFBLD fiber-optic light source. The principle of absorption spectra of methane gas is discussed in this paper and the absorption lines of methane gas are carefully chosen. Two detection methods of spectra absorption fiber gas sensor have been analyzed which are differential absorption detection method and wavelength modulation harmonic wave detection method which is finally chosen. A model which is based on wavelength modulation harmonic wave analysis technique has been established and the experiments have been done. The result shows that there are linear relationship between the density of methane and the electric voltage of the second harmonic wave signal. The linearity fitting coefficient is 0.9903, and the sensitivity is 0.0457 V/%. As the principle of small photo-electrical signal detection as well as the model of fiber gas detection using wavelength modulation harmonic wave detection, a system of small photo-electrical signal analysis has been designed. A series of electrical circuits such as harmonic wave detected small signal phase locked amplification circuit, high frequency sine modulation and frequency doubled circuits have been designed. The function and performance of the said circuits have been tested. The results shows that this system performs as the characteristic of high stability, high repetition ability, high sensitivity, simple structure but relatively low cost.Key words:Methane; fiber-optic gas sensor; Harmonic detection; Phase-locked amplification; Frequency circuit西安石油大学本科毕业设计（论文）目录1 绪论 (1)1.1 课题的目的及意义 (1)1.2 光纤气体传感器的发展与现状 (1)1.2.1 气体传感器的研究过程与现状 (1)1.2.2 光纤气体传感技术和研究方法分类 (2)1.2.3 光纤气体传感器的特性 (4)2 广谱吸收型光纤气体传感器的检测原理及方法 (5)2.1 气体分子近红外谱区的选择吸收理论 (5)2.1.1 基频，泛频及组合频率光谱 (5)2.1.2 甲烷气体吸收光谱原理 (6)2.2 甲烷气体吸收谱线的选择 (6)2.3 吸收式光纤传感器的工作原理 (7)2.4 气体浓度谐波检测原理 (8)2.4.1 窄带光源谐波检测 (9)2.4.2 调制点的选取与谐波检测的稳定性 (11)2.4.3 谐波检测的方案 (11)2.4.4 激光器的频率调制 (13)2.4.5 谐波检测的讨论 (14)2.5 差分吸收检测原理 (15)2.5.1 单波长双路法 (15)2.5.2 双波长单光路法 (15)3 系统设计 (16)3.1 系统框图 (16)3.1.1 光源的选择及性能 (16)3.1.2 气室结构 (19)3.1.3 光纤与传感器件的耦合 (21)3.1.4 光探测器 (21)3.1.5 光源驱动，光源恒温 (22)4 解调系统硬件电路设计及实验 (23)4.1 高频调制电路设计 (23)4.2 叠加电路 (25)4.3 光电转换与前置放大电路 (26)4.4 带通滤波电路设计 (28)I西安石油大学本科毕业设计（论文）4.5 锁相放大电路设计 (29)4.5.1 锁相放大器原理 (29)4.5.2 锁相放大电路 (32)4.5.3 倍频电路 (35)4.5.4 移相电路 (36)4.6 实验结果分析 (36)结论 (40)参考文献 (42)致谢 (45)II西安石油大学本科毕业设计（论文）1 绪论1.1 课题的目的及意义在我国，煤炭行业中的瓦斯灾害始终是煤矿安全生产的大敌，目前已成为制约煤矿安全生产的主要矛盾。
TGS2611用于检测甲烷的气体传感器
TGS2611 用于检测甲烷的气体传感器* 低功耗* 对甲烷气体灵敏度高* 使用寿命长、成本低 * 应用电路简单特点:应用:* 家用气体泄漏报警器* 便携式气体检测仪* 对气体设施进行泄漏检测TGS2611对甲烷气体具有很高的灵敏度，由于其对挥发性的酒精 （居住环境常见的干扰气体）灵敏度很低，因而对于家庭用气体泄漏报警器来说是一种理想的传感器。
由于敏感素子体积很小，TGS2611的加热器电流仅需56mA ，传感器的检知部被收纳于标准的TO-5金属封装中。
TGS2611-C00不但体积小，而且响应性十分优异。
是气体泄漏检测仪的最佳选择。
TGS2611-E00中加装了可消除酒精等干扰气体影响的滤罩，具有对甲烷气体极高选择性的灵敏特性。
尤其适用于针对气氛复杂、要求严格的家庭环境进行检测的器具，是家用气体泄漏检测仪最理想的传感器。
下图所示在标准试验条件下（参见背面）测出具有代表性的灵敏度特性曲线。
纵坐标表示传感器电阻比 Rs/Ro ，Rs 与Ro 的定义如下：Rs = 传感器在各种浓度气体中的电阻值Ro = 传感器在5000ppm 甲烷中的电阻值重要提示: 费加罗传感器的使用条件将因不同客户的具体运用不同而不同。
费加罗强烈建议在使用前咨询我们的技术人员，尤其是当客户的检测对象气体不在列表范围时，对于未经费加罗专业测试的任何使用，费加罗不承担任何责任。
Rs/Ro Rs/Ro 灵敏度特性:R s /R oR s /R oREV.11/17规格:结构以及尺寸:管脚连接: 1: 加热器2: 传感器电极 (-) 3: 传感器电极 (+) 4: 加热器功耗值（P S ）可通过下式求出：传感器电阻（R S ）可根据V OUT （V RL ）的测定值用下式求出：(V C - V RL )2R SV C V RLR S = ( - 1) x R L P S =在此产品规格书中所显示的都是传感器的典型特性，实际的传感器特性因产品不同而不同，详情请参阅各传感器唯一对应的规格表。
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甲烷（CH4）是矿井、工业领域和城市 煤气中的爆炸的主要成分。当空气中甲烷的 含量达到25％~30％时，人会头痛、头晕、 乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速，若 不及时远离，可致窒息死亡。 因此对周围环境CH4 气体进行早期安全 CH4 监测是十分必要的。
实现方法：差分吸收检测方法
气体浓度可表示为ThFra biblioteknks@@• 滤光片切盘装置上布有2个滤光片F1和F2，中心波长 分别对应于λ1 , λ2 。测量时由单片机控制步进电机， 实现波长为λ1 , λ2 的2束光分时与气体分子相互作用， 先后会聚照射在光电二极管PIN上，使之转换为电信 号，经锁相放大后转换成电压信号 U λ ,U λ • 经计算机储存计算后可得到气体的浓度信息C。开始 检测时，使气室中被测气体的浓度为0（用清洁气体 即零点气体吹扫），调整光路中可调的消光器使两 束光光强相等 .
1 I (λ2 ) − I (λ1 ) C= [α (λ1 ) − α (λ2 )]L I (λ2 )
在波长下，若气体的吸收系数可以测量， 则气体浓度就可以从和的测量中求出，从 式中可以看出差分技术不仅从理论上完全 消除了光路的干扰因素，而且还消除了光 源输出光功率不稳定的影 响。
时间双光路差分吸收系统框图
系统当中的参数
• 测量气室长为400mm，内径为15mm，有 进气口和出气口。进气口通过针阀控制注 入气室的气体流量。干涉滤光片的中心波 长分别为1330nm和1270nm，半宽度为 10nm，透过率为65%。滤光片，透镜和气 室两端结合时，要保持在同一光轴上。
消除干扰气体的方法
• 根据气体分子的吸收谱线，这三种气体在 1300nm附近也有吸收线，10nm带宽滤光 片无法消除其影响，为此在进气口处接一 辅助干燥室，内壁的不同位置出涂有3层薄 膜，用以消除这3种气体的交叉灵敏度。应 用这一时间差分系统对甲烷气体的浓度进 行测量 。
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• 为了实现时间双光路差分吸收检测，波长为 λ1 , λ2 的两束光交替透过气室，为此设计了一滤光片盘， λ 盘上布有2片滤光片，中心波长分别对应于 在滤1 , λ2 光片2上还设计了以狭缝调节装置，调节光路强度。 为了防止滤波片编号发生错位，在盘上开一个位 置判断口，作为光电开关的光通道。滤波片的切 换采用三相反应时步进电机驱动，由单片机高速 输出口发出三相脉冲，驱动步进电机转动，实现 滤光片的交替转换，并由单片机记录处理相应的 检测结果，实现时间双光路差分吸收检测。
甲烷气体浓度检测光纤传感器
设计初衷
• 工程测试过程中，及时准确地对易燃，易 爆，有毒，有害气体进行检测预报和自动 控制已成为当前煤炭，石油，化工，电力 等部门亟待解决的重要问题之一。同时随 着人们生活水平的提高，人类对生态环境 净化的要求也越来越高，迫切要求监测监 控易燃，易爆有毒有害气体，减少环境污 染，确保身心健康。