孙世岭

(1.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400039；2.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆 400039)

0 引言

煤炭是我国的主要能源，在煤碳开采过程中，有多种有毒有害气体涌出，其中甲烷和二氧化碳气体会致人窒息，同时甲烷气体具有爆炸性和喷出危险，是危害矿工生命安全的主要威胁[1-2]，因而甲烷气体检测技术发展较快。但是同样具有喷出危险的二氧化碳气体检测技术研究较少，煤矿安全规程明确要求，矿井必须建立瓦斯、二氧化碳和其他有害气体检查制度，进行二氧化碳气体浓度实时监测。同时二氧化碳亦是温室效应气体之一[3-5]，因此实时监测二氧化碳气体浓度对煤矿防突、温室气体排放检查具有重要意义。二氧化碳气体浓度检测大多采用非色散红外技术或可调谐半导体激光吸收光谱技术，检测精度及稳定性大大提高[6-7]。但是基于辐射热光源的红外检测技术与激光检测技术功耗较高[8]，限制了二氧化碳传感器远距离布置检测，低功耗是智能传感器多点、无线化的必然要求[9]。

本文基于非色散红外检测技术，采用发光二极管作为红外线LED光源，光敏电阻作为光电探测器的新型LED-PR光学结构的二氧化碳传感器，并对LED光源驱动逻辑进行研究，降低二氧化碳传感器功耗，以满足煤矿低功耗、长距离信号传输的二氧化碳检测需要。

1 非色散红外二氧化碳检测原理

非色散红外吸收分析基于分子中原子的振动频率，因此不同气体分子具有不同的吸收光谱，而红外线入射前后光强度的吸收变化关系的物理过程被描述为朗伯比尔定律，其吸收率可表示为