孙亚飞,顾 芳*,黄亚磊,李 敏,何鹏翔,张加宏

(1.南京信息工程大学,物理与光电工程学院,南京 210044;2.南京信息工程大学,江苏省大气环境与装备技术协同创新中心,南京 210044;3.南京信息工程大学,江苏省气象探测与信息处理重点实验室,南京 210044)

近年来,温室气体CO2浓度的不断升高对人类及其生存环境产生了诸多负面影响[1-2],如:造成全球温室效应,导致海平面不断上升,减少了陆地面积;人长期吸入过多CO2,引起人体生物钟紊乱和大脑疲劳,减少寿命;影响植物的光合作用,降低农作物的产量和质量。因此,CO2浓度的实时监测已势在必行,该项研究具有重要的现实意义。目前测量CO2气体浓度的传感器主要有红外吸收式、电化学式、电容式和热传导式等[3-4]。其中红外吸收型CO2传感器因具有测量范围宽、稳定性好及选择性好等优点得到了广泛应用[5-6]。然而,随着CO2气体传感器小型化和智能化发展,传感器气室的长度在逐渐缩短,这使得红外光在气室中的传播路径缩短,而传感器灵敏度与红外光吸收路径的长度密切相关,因此,如何在小型化与降低开发成本的同时,提高CO2气体传感器的灵敏度以及测量精度是目前急需解决的问题。

为此,本文从计算流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟仿真和实验对比验证研究两方面出发,以圆柱腔体为例,考虑腔体的反射损失,着重研究了CO2气体的辐射功率吸收效率与气室结构之间的内在关系,优化了传感器结构参数、提高了传感器的灵敏度。针对……