A temperature-compensated CO2 detection system based on non-dispersive infrared spectral technology

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作者
Ke Long Yu,Xiaopeng Yang,Yijie Wang,Penghui Zhang,Lei Zhang,Qiulin Tan
出处
期刊:Review of Scientific Instruments [American Institute of Physics]
卷期号:95 (8) 被引量:2
标识
DOI:10.1063/5.0203277
摘要

The concentration of carbon dioxide (CO2) is an important indicator for coal mine safety. Real-time monitoring of CO2 concentration is of great importance for taking actions in advance to avoid the occurrence of potential accidents. To address the issues of poor portability and high cost associated with existing coal mine CO2 detection equipment, this paper develops a miniaturized CO2 detection system based on non-dispersive infrared (NDIR) technology. This sensor integrates an infrared light source and a dual-channel pyroelectric detector into a reflective gas chamber, thereby achieving an extended optical path and higher system sensitivity within limited space. Meanwhile, the noise interference was greatly mitigated by using hardware and software filtering techniques. Based on principle analysis, the Lambert–Beer law was parametrically corrected, and then, a model relationship between the dual-channel voltage ratio and concentration was established. In addition, temperature compensation for zero and span values was introduced to improve the adaptability of the detection results to temperature changes. Testing results indicate that the developed detection system can realize CO2 measurement in the concentration range of 0 to 50 000 ppm within a temperature range of 0–40 °C, with a maximum detection error of less than 0.12% and a repeatability deviation of less than 1.04%. During a stability test for 12 h, the maximum concentration drift is 0.07%, indicating that the developed system meets the requirements for monitoring CO2 safety in coal mines.
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