第五批項(xiàng)目申報(bào)表

第五批“國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”項(xiàng)目申請(qǐng)表項(xiàng)目名稱：基于紅外氣體傳感器與微型真空泵的氣體分析儀項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：學(xué)院年級(jí)專業(yè)：機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院聯(lián)系電話：電子信箱：學(xué)生創(chuàng)新中心項(xiàng)目部制填表日期：年月日填表須知項(xiàng)目申請(qǐng)表要按照《東北大學(xué)“國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”項(xiàng)目管理辦法》和第四批“國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”項(xiàng)目申報(bào)通知的相關(guān)要求，逐項(xiàng)認(rèn)真填寫，填寫內(nèi)容必須實(shí)事求是，表達(dá)明確嚴(yán)謹(jǐn)，可另行附頁。二、立項(xiàng)范圍：A:大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)基地中的綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性的研究項(xiàng)目；B:學(xué)生自主發(fā)明、創(chuàng)作、設(shè)計(jì)的能夠解決社會(huì)熱點(diǎn)問題（節(jié)能減排、技術(shù)創(chuàng)新等）的研究項(xiàng)目；C：已經(jīng)通過結(jié)題驗(yàn)收且具有繼續(xù)研究?jī)r(jià)值的項(xiàng)目；D:教師科研課題中的子項(xiàng)目。E:為與大學(xué)生學(xué)術(shù)科技競(jìng)賽前期研究相結(jié)合的研究項(xiàng)目；三、格式要求：表格中的正文字體應(yīng)為小四號(hào)宋體，22磅行距，可手寫也可打印輸出；需簽字部分由相關(guān)人員以黑色鋼筆或水筆簽名。均用A4紙雙面打印，于左側(cè)裝訂成冊(cè)。四、項(xiàng)目申請(qǐng)表由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人填寫，經(jīng)學(xué)院或創(chuàng)新基地評(píng)審匯總后統(tǒng)一上報(bào)學(xué)生創(chuàng)新中心，學(xué)生創(chuàng)新中心組織“國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”專家指導(dǎo)委員評(píng)審確定。學(xué)生申請(qǐng)課題須自行聯(lián)系確定指導(dǎo)教師。五、團(tuán)隊(duì)申報(bào)的成員由核心成員和預(yù)備成員組成，其中核心成員由1-2人組成，預(yù)備成員建議1人。六、項(xiàng)目申請(qǐng)表填寫內(nèi)容應(yīng)言簡(jiǎn)意賅，思路清晰，論證充分，字跡清楚，一律用計(jì)算機(jī)輸入打印。七、以學(xué)院為單位上交此申報(bào)表。（電子檔傳到chuangxin_zh@和紙質(zhì)材料一式二份）八、如填表有不明事宜，請(qǐng)致電學(xué)生創(chuàng)新中心83690117。項(xiàng)目名稱基于紅外氣體傳感器與微型真空泵的氣體分析儀項(xiàng)目來源ABCDE競(jìng)賽名稱：D請(qǐng)畫√申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)4700起止時(shí)間2011/3/16至2012/3/16申請(qǐng)團(tuán)隊(duì)情況核心成員姓名學(xué)號(hào)所在院專業(yè)電話程春玉20092256過程裝備與控制工世軒20092081機(jī)械工程及自動(dòng)立亭20092134機(jī)械工程及自動(dòng)、申請(qǐng)理由（內(nèi)容應(yīng)包括成員學(xué)習(xí)情況、獲得獎(jiǎng)學(xué)金情況，知識(shí)條件、參加過的科研訓(xùn)練和創(chuàng)新活動(dòng)情況）項(xiàng)目成員均完成了相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，成績(jī)良好，態(tài)度端正，能夠積極地參與到本項(xiàng)目中。具體如下：程春玉同學(xué)，學(xué)習(xí)成績(jī)優(yōu)異。曾獲東北大學(xué)一等獎(jiǎng)學(xué)金一次，二等獎(jiǎng)學(xué)金一次，沈陽機(jī)床勵(lì)志獎(jiǎng)學(xué)金一次。以優(yōu)異的成績(jī)通過了大學(xué)生英語四級(jí)考試，參加過全國大學(xué)生工程訓(xùn)練比賽。在課余時(shí)間，自學(xué)了關(guān)于基片清洗及表面鍍膜的相關(guān)知識(shí)。劉世軒同學(xué)，學(xué)習(xí)成績(jī)優(yōu)秀，認(rèn)真負(fù)責(zé)，擔(dān)任班級(jí)學(xué)習(xí)委員，獲得兩次校二等獎(jiǎng)學(xué)金，一次國家勵(lì)志獎(jiǎng)學(xué)金。以優(yōu)異的成績(jī)通過了英語四級(jí)考試，參加全國大學(xué)生數(shù)學(xué)競(jìng)賽并獲得三等獎(jiǎng)，參加無碳小車競(jìng)賽，在課余時(shí)間自己主動(dòng)學(xué)習(xí)了Photoshop,AutoCAD等軟件，有很強(qiáng)的動(dòng)手能力及良好的團(tuán)隊(duì)精神。鞠立亭同學(xué)，學(xué)習(xí)成績(jī)優(yōu)秀，學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，擔(dān)任班級(jí)學(xué)習(xí)委員，獲得一次二等獎(jiǎng)學(xué)金，一次三等獎(jiǎng)學(xué)金，米其林命名獎(jiǎng)學(xué)金。通過了英語四級(jí)考試。具有較強(qiáng)的鉆研的精神，有良好的團(tuán)隊(duì)合作精神。二、立項(xiàng)背景（包括國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、趨勢(shì)、研究意義、參考文獻(xiàn)和其他有關(guān)背景材料）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1、紅外氣體傳感器基于紅外吸收原理的氣體傳感器具有長(zhǎng)期工作狀態(tài)穩(wěn)定和便于智能自檢等功能，而且該類型的傳感器測(cè)量氣體的類型非常廣，除了單原子的惰性氣體和具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的無極性的雙原子分子氣體外，大多數(shù)有機(jī)和無機(jī)多原子分子氣體都可以采用紅外氣體傳感器進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量濃度范圍相當(dāng)寬泛，最低可以測(cè)量出幾個(gè)ppm（百萬分之幾），而且測(cè)量精度高，反應(yīng)速度快[1]。在紅外檢測(cè)領(lǐng)域，世界各國的許多科研工作者都對(duì)適用于各種危險(xiǎn)場(chǎng)合的紅外氣體檢測(cè)方法進(jìn)行了深入的研究。20世紀(jì)70年代，德國就研制出防爆型紅外CO傳感器SIGMACO，并在1992年研制出其改進(jìn)型SIGMA-CO-Y。該傳感器具有良好的選擇性和較高的靈敏度，其測(cè)量范圍為0～0.01%，測(cè)量周期60s，精度±6%，用于礦井大氣中CO的檢測(cè)和傳送帶的早期探火。但因其體積較大，且過濾器更換頻繁，使用不方便。80年代初，法國研制的LEL-5610防爆型紅外CO2傳感器，可用于爆炸危險(xiǎn)環(huán)境二氧化碳?xì)怏w的檢測(cè)。測(cè)量濃度范圍為0～0.1%，零漂小于3%，且無累積誤差，響應(yīng)時(shí)間達(dá)到8s，重復(fù)性高，輸出直流電流4～20mA。該檢測(cè)儀采用敞開型氣室，直接接觸所測(cè)氣體；且具有自檢功能，可消除零漂；在檢測(cè)過程中，能對(duì)由紅外光源老化、鏡頭堆積灰塵、探測(cè)器老化等因素引起的誤差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償；可與監(jiān)控系統(tǒng)連接。1997年在APPLIEDOPTICS上刊登出基于二極管激光光譜技術(shù)測(cè)量CO2濃度的文章，隨后在多種國內(nèi)外刊物上也相繼出現(xiàn)了許多基于不同波段處的二極管光譜技術(shù)測(cè)量CO2濃度的文章，其中監(jiān)測(cè)選擇的波段有1.53μm、1.57μm、1.6μm、2.0μm和4.5μm，并有其它氣體和CO2同時(shí)測(cè)量的相關(guān)文獻(xiàn)。在國內(nèi)，氣體傳感技術(shù)的研究也有所開展，1985年中科院安徽光機(jī)所采用分立調(diào)諧的CO2激光器研制成功監(jiān)測(cè)大氣污染的第一臺(tái)紅外差分吸收激光雷達(dá)。1993年，安徽光機(jī)所又成功研制出我國第一臺(tái)差分吸收激光雷達(dá)系統(tǒng)。從1993年底以來，利用這臺(tái)差分吸收激光雷達(dá)在合肥對(duì)平流層臭氧廓線成功地進(jìn)行了常規(guī)探測(cè)，積累了大量測(cè)量數(shù)據(jù)。它的研制成功填補(bǔ)了我國在這方面的空白。上海理工大學(xué)把差分吸收光譜技術(shù)應(yīng)用到污染氣體的濃度測(cè)量中，并且成功在線測(cè)量了NO2等氣體的濃度。1999年，安徽光機(jī)所在院重點(diǎn)項(xiàng)目的支持下，完成了紫外熒光法空氣質(zhì)量SO2自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的研制，2000年在院重點(diǎn)項(xiàng)目的支持下完成了化學(xué)發(fā)光法空氣質(zhì)量NOx自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀和β射線法空氣質(zhì)量PM自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的研制工作。2004年由武漢四方光電科技有限公司承擔(dān)的研究項(xiàng)目，非分光紅外（NDIR）氣體傳感器技術(shù)的研究，取得了新的進(jìn)展，這一研究成果使我國在非分光紅外氣體傳感器關(guān)鍵技術(shù)的研制達(dá)到國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平[2]。由于紅外氣體檢測(cè)技術(shù)在各個(gè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域日益顯示出其重要應(yīng)用前景，很多國家都在積極研究之中。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得以往研究紅外氣體傳感器需要的器件成本大幅降低，新技術(shù)、新元件、新材料和新工藝的快速發(fā)展和完善，使得新型紅外氣體分析儀的研究得到了技術(shù)上的有力支持，如自動(dòng)校零、線性化指示、線性輸出以及干擾誤差的消除等都已成為現(xiàn)實(shí)；在光學(xué)結(jié)構(gòu)方面，也在不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新。紅外氣體檢測(cè)技術(shù)在我國不管是在利用新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是在替代進(jìn)口紅外檢測(cè)產(chǎn)品等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用范圍非常廣泛，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[3]。2、微型真空泵隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是微電子技術(shù)的發(fā)展，人們意識(shí)到微型器件開發(fā)的重要性。在此基礎(chǔ)上人們研制出WC—0.5型無油真空泵。WC—0.5型電磁微型泵是基于變?nèi)菰砉ぷ鞯耐鶑?fù)泵，屬低真空獲得設(shè)備，該泵獲得清潔無油污染的低真空環(huán)境，以滿足工業(yè)生產(chǎn)無油空間的需要，亦可用于氣體取樣，以便進(jìn)行理化分析。因?yàn)樵摫脼闊o油泵，所以它工作時(shí)，既不會(huì)污染環(huán)境，也不會(huì)污染被抽空間和被收集的樣品。該泵還具有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、耗電省、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、便于攜帶、可長(zhǎng)期在大氣壓情況下工作而不損壞，超負(fù)荷工作也不會(huì)燒毀等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療、醫(yī)藥、食品和輕工等領(lǐng)域。當(dāng)然，它與油封泵相比是壓比小，所獲得的真空度較低[4]。二、研究趨勢(shì)紅外氣體傳感器適用于監(jiān)測(cè)各種易燃易爆、二氧化碳?xì)怏w，具有精度高、選擇性好、可靠性高、不中毒、不依賴于氧氣、受環(huán)境干擾因素較小、壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)點(diǎn)[5][6]。這些優(yōu)點(diǎn)將導(dǎo)致電化學(xué)、紅外原理的氣體檢測(cè)儀器占領(lǐng)更廣泛的行業(yè)高端市場(chǎng)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，紅外氣體傳感器微型化和便攜化成為可能；計(jì)算機(jī)檢測(cè)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)等重要技術(shù)的不斷完善，使得紅外傳感器更加智能、功能更加完備而且適用范圍更廣，伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，網(wǎng)絡(luò)化和計(jì)算機(jī)化成為現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)。目前這種傳感器的供應(yīng)商是歐洲！中國這一領(lǐng)域目前是半空白[7]。三、研究意義氣體的檢測(cè)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)控制等領(lǐng)域都非常重要，人們對(duì)發(fā)展快速、靈敏和有效的氣體檢測(cè)手段的需求十分迫切。傳統(tǒng)用于檢測(cè)氣體的氣體傳感器大多數(shù)通過其探頭的電阻或電容變化來測(cè)定氣體濃度，其靈敏度低，抗干擾能力差。我們的研究，是把紅外氣體傳感器和微型真空泵和氣體凈化處理裝置結(jié)合起來，使傳感器能更快、更準(zhǔn)確的測(cè)試出氣體的濃度。采用紅外技術(shù)檢測(cè)氣體不但克服了以往檢測(cè)方法的不足，而且還具有選擇性好、連續(xù)分析、響應(yīng)速度快、體積小、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度高、可遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，更能適用于氣體的檢測(cè)。因此，紅外氣體傳感器的研究和發(fā)展前景廣闊，對(duì)于社會(huì)和現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要的意義。它的應(yīng)用也將會(huì)越來越廣泛，其產(chǎn)生的社會(huì)價(jià)值也是無法估量的。四、參考文獻(xiàn)1、紀(jì)新明,吳飛蝶,王建業(yè),劉全,黃宜平.用于火災(zāi)探測(cè)的非色散紅外吸收氣體傳感器[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào).2006.62、王汝琳,王詠濤.紅外檢測(cè)技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè),2006,9.3、熊金.車載紅外氣體分析儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].重慶大學(xué),2010,10.4、任家生，趙寧，周士良.WC-0.5型微型真空泵的研制[D].東南大學(xué),1992,35、劉亮.先進(jìn)傳感器及其應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè).2005.6、祁澤剛,張永懷,孟艷鋒,劉野惠美.基于智能紅外氣體傳感器的儀表設(shè)計(jì).第十三屆中國濕度與水分學(xué)術(shù)交流會(huì)暨國防科技工業(yè)熱工、流量技術(shù)交流會(huì)論文集.20107、韓東升,陸綺榮,王永輝,劉月紅.基于紅外傳感器的氣體檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用.2010年第29卷第5期.三、項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新之處本項(xiàng)目中將紅外氣體傳感器與微型泵氣體吸收裝置和氣體凈化處理裝置巧妙結(jié)合，充分發(fā)揮各裝置的優(yōu)勢(shì)，提高了測(cè)量精確度，縮短了反應(yīng)時(shí)間，增強(qiáng)了環(huán)境適應(yīng)性，從而使之更具有實(shí)用價(jià)值。紅外氣體傳感器是一種基于不同氣體分子的近紅外光譜選擇吸收特性，利用氣體濃度與吸收強(qiáng)度關(guān)系（朗伯-比爾Lambert-Beer定律）鑒別氣體組分并確定其濃度的氣體傳感裝置。它使用時(shí)無需調(diào)制光源紅外探測(cè)器，使儀器完全沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件而避免了磨損，完全實(shí)現(xiàn)免維護(hù)化，大大延長(zhǎng)了使用時(shí)間。適用于監(jiān)測(cè)各種易燃易爆、二氧化碳?xì)怏w，具有精度高、選擇性好、可靠性高、不中毒、不依賴于氧氣、受環(huán)境干擾因素較小、壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)點(diǎn)。微型真空泵屬低真空獲得設(shè)備，用以從內(nèi)部壓強(qiáng)等于或低于一個(gè)氣壓的容器中抽除氣體。該泵獲得清潔無油污染的低真空環(huán)境，可用于氣體取樣，以便進(jìn)行理化分析。因?yàn)樵摫脼闊o油泵，所以它工作時(shí)，既不會(huì)污染環(huán)境，也不會(huì)污染被收集的樣品。該泵還具有占用空間小、重量輕、使用時(shí)間長(zhǎng)、節(jié)省資源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，可長(zhǎng)期在大氣壓情況下工作而不損壞，超負(fù)荷工作也不會(huì)燒毀等優(yōu)點(diǎn)。膜式氣體高效過濾器可在干或濕空氣條件下運(yùn)行。當(dāng)氣體中的顆粒大于濾材的孔徑時(shí)，受到孔的攔截而被截留，就可以去除所檢測(cè)氣體中的粉塵及微生物，保證檢測(cè)順利進(jìn)行。高效膜式氣體過濾器具有直接過濾、工藝簡(jiǎn)單、透氣性好、不泄漏、再生性能好、再生速度快、安裝方便、效率高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。本裝置使用時(shí)，微型真空泵可以快速抽進(jìn)由膜式氣體高效過濾器處理的氣體，然后壓縮進(jìn)紅外傳感器中。這樣既避免了原氣體中粉塵及微生物對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，又縮短了氣體進(jìn)入傳感器的時(shí)間，避免了氣體因自由擴(kuò)散而導(dǎo)致的濃度改變，從而提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度。同時(shí)，由于較快的檢測(cè)速度，進(jìn)一步提高了傳感器的抗環(huán)境干擾能力。四、實(shí)施方案設(shè)計(jì)方案的主要流程：理論計(jì)算理論計(jì)算模型選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)零部件加工產(chǎn)品組裝性能測(cè)試產(chǎn)品改進(jìn)1、理論計(jì)算氣體傳感器是基于氣體的吸收光譜隨物質(zhì)的不同而存在差異的原理制成的。同一種物質(zhì)不同濃度時(shí)，同一吸收峰位置有不同的吸收強(qiáng)度，吸收強(qiáng)度與濃度成正比關(guān)系。即不同氣體分子化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，對(duì)應(yīng)于不同的吸收光譜，而每種氣體在光譜中，對(duì)特定波長(zhǎng)的光有較強(qiáng)的吸收。通過檢測(cè)氣體對(duì)光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度的影響，便可以確定氣體的濃度。一些常見氣體都有吸收峰，如果光源光譜覆蓋1個(gè)或多個(gè)氣體吸收線，光通過氣體時(shí)就會(huì)發(fā)生衰減，根據(jù)比爾-朗伯定律，輸出光強(qiáng)度I輸入光強(qiáng)度I0和氣體濃度之間的關(guān)系為：I=I0exp(-αmLC)，(1)式中αm為摩爾分子吸收系數(shù)；C為待氣體濃度；L為光和氣體的作用長(zhǎng)度(傳感長(zhǎng)度)。對(duì)式(1)進(jìn)行變換，得：C=(1/αmL)*(㏑I/I0)從式(2)可知，如果L，αm已知，那么，通過檢測(cè)I,I0就可以得到氣體濃度C。WC一0.5型微型真空泵屬低真空獲得設(shè)備，用以從內(nèi)部壓強(qiáng)等于或低于一個(gè)氣壓的容器中抽除氣體。它由氣缸和作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的活塞組成?；钊尿?qū)動(dòng)是借助于電磁吸力和彈簧的彈力相互作用完成的。當(dāng)電磁線圈接上50Hz的220V市交流電，并通過二極管的開關(guān)作用，使電磁吸力周期動(dòng)作。在電壓的正半周時(shí)，電流通過電磁線圈，使鐵心產(chǎn)生電磁吸力，于是銜鐵吸合，帶動(dòng)活塞向左移動(dòng)，由于氣缸的右腔體積不斷增大而形成吸氣過程，即氣體(或蒸汽)從低壓容器中經(jīng)過吸氣閥進(jìn)入泵體右腔。當(dāng)活塞到達(dá)最左端位置時(shí)，氣缸內(nèi)就完全充滿氣體。在整個(gè)吸氣過程中，排氣閥一直關(guān)閉。在電壓的負(fù)半周時(shí)，因二極管不導(dǎo)通，電流被截止，線圈中沒有電流流過，鐵心的電磁吸力消失。銜鐵在彈簧力的作用下釋放，接著活塞開始從左向右運(yùn)動(dòng)，這時(shí)吸氣閥關(guān)閉，氣缸內(nèi)的氣體隨著活塞從左向右運(yùn)動(dòng)逐漸被壓縮，直到氣缸內(nèi)的氣體壓強(qiáng)達(dá)到稍大于大氣壓時(shí)為止，此后排氣閥打開，氣缸內(nèi)被壓縮的氣體通過排氣閥排到大氣之中，完成了一個(gè)工作循環(huán)。下一個(gè)周波時(shí)，活塞又從最右端往左邊移動(dòng)，重新吸人氣體，重復(fù)前一循環(huán)，如此往復(fù)下去，直到被抽容器中的氣體壓強(qiáng)達(dá)到要求時(shí)為止。設(shè)活塞的直徑為D，行程為L(zhǎng)，則一個(gè)行程中泵能吸收的氣體的最大體積為π（D/2)2L，活塞振動(dòng)的頻率為市電周波頻率50Hz；因此，在一個(gè)工作循環(huán)中實(shí)際排出的氣體量：Q=PVmax-αPdVmin。2、模型選擇本項(xiàng)目中紅外氣體傳感器模型簡(jiǎn)圖如下：圖1紅外氣體傳感器模型簡(jiǎn)圖2ˊ：氣室20：氣腔30：紅外光源21-25：光束探測(cè)器接收單元20a-20c：橢圓鏡面130a-130b、130、230：光束26、30a-30b：反射鏡泵的工作原理圖如下：圖2泵的工作原理圖A：氣缸B：活塞C：低壓容器D：進(jìn)氣口E：出氣口3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中，為了避免外界干擾因素(如，溫度、壓力、其他氣體、光源波動(dòng)、灰塵污染等)的影響，通常情況下，要將傳感器設(shè)計(jì)為雙光源單波長(zhǎng)雙氣室的結(jié)構(gòu)，同時(shí)，在參比氣室中封入氮?dú)?，測(cè)量氣室讓被測(cè)氣體自由出入，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高了傳感器的選擇性，但加大了傳感器的體積，而且，光源、濾光鏡和光探測(cè)器本身的不完全一致也會(huì)導(dǎo)致傳感器的系統(tǒng)誤差?；诖朔N考慮，可以將傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為單光源單波長(zhǎng)雙氣室結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)減小了傳感器的體積，消除了光源、濾光鏡的非對(duì)稱污染引起的誤差，但分光路器的分光比不對(duì)稱和光探測(cè)器本身的不完全一致導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差仍存在。所以，將傳感器設(shè)計(jì)為單光源雙波長(zhǎng)單氣室結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)框圖如下圖圖3單光源雙波長(zhǎng)單氣室結(jié)構(gòu)框圖在氣室里，CO2氣體吸收部分特定波長(zhǎng)的光。傳感器的可調(diào)濾光鏡可以被調(diào)節(jié)到其容許通過的光波波段與CO2所吸收的光波波長(zhǎng)相吻合，探測(cè)器檢測(cè)出其信號(hào)強(qiáng)度；然后，傳感器再把其容許通過的光波波段調(diào)節(jié)到不被CO2所吸收的范圍，由于光子在這一點(diǎn)上沒有被氣體吸收，所以，可測(cè)量到光線在系統(tǒng)內(nèi)的強(qiáng)度即參考信號(hào)強(qiáng)度。其探頭結(jié)構(gòu)如下：圖4探頭結(jié)構(gòu)二、路線圖理論計(jì)算理論計(jì)算模型選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)品組裝性能測(cè)試產(chǎn)品改進(jìn)測(cè)試結(jié)果是否符合要求是否產(chǎn)品完成零部件加工三、月度研究計(jì)劃2011年3至4月查閱相關(guān)資料，了解關(guān)于紅外氣體傳感器和微型真空泵（包括設(shè)計(jì)原理、檢測(cè)誤差、使用方法、可獲得的真空度），以及基底的選擇方法和關(guān)于基底鍍膜的相關(guān)知識(shí)；2011年5至7月自行設(shè)計(jì)紅外氣體傳感器和微型真空泵，并聯(lián)系工廠進(jìn)行加工；2011年8至9月對(duì)制作出來的產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試并分析相關(guān)測(cè)試結(jié)果；2011年10至12月依據(jù)相關(guān)測(cè)試結(jié)果對(duì)產(chǎn)品加以改進(jìn)；2012年1至2月測(cè)試改進(jìn)后的產(chǎn)品的性能并分析相關(guān)測(cè)試結(jié)果，再進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化。五、項(xiàng)目研究預(yù)期成果此項(xiàng)目設(shè)計(jì)制造出的裝置能夠快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)二氧化碳?xì)怏w的濃度，具有精度高、可靠性高、受環(huán)境干擾因素較小、壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)點(diǎn)。它使用時(shí)使儀器完全沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件而避免磨損，完全實(shí)現(xiàn)免維護(hù)化，延長(zhǎng)使用時(shí)間。將紅外氣體傳感器與微型真空泵相結(jié)合，使該儀器更加小巧，適用性更強(qiáng)，測(cè)量出的混合氣體中某種氣體的濃度更快更準(zhǔn)確。通過不斷地嘗試開發(fā)出產(chǎn)品，成員可以申請(qǐng)國家發(fā)明專利或者實(shí)用新型專利一項(xiàng)。通過此項(xiàng)目，可以培養(yǎng)研究組成員理論與實(shí)踐相接合的能力，可以提高成員對(duì)紅外氣體傳感器及微型泵的原理的理解，可以提高成員從通過試驗(yàn)獲取知識(shí)的探索能力。在項(xiàng)目過程中，利用試驗(yàn)來培養(yǎng)成員的能力具有積極的意義。在項(xiàng)目過程中，導(dǎo)師指導(dǎo)成員通過實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、觀察、分析和操作等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)成員的實(shí)驗(yàn)操作能力和主觀能動(dòng)性。小組成員在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)、器材使用、測(cè)試結(jié)果分析、產(chǎn)品改進(jìn)等環(huán)節(jié)可以讓成員分工完成，更能發(fā)揮成員自身的優(yōu)點(diǎn)，更有利于培養(yǎng)成員的合作探究能力。同時(shí)，導(dǎo)師啟發(fā)并且積極引導(dǎo)成員質(zhì)疑，發(fā)表