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摘要
基于非分散红外吸收光谱技术，利用 CO 气体分子在 4.6 μm 处的基频吸收带，采用宽带红外热光源和双通道热释电探测器，研制了一种用于早期火灾探测的红外 CO 传感系统。根据系统检测原理，对 CO 分子在红外波段的吸收谱线进行了选择；推导了光学矩阵理论，设计并优化了气室结构，优化后气室的吸收光程达到 180 cm。对研制的锁相放大器进行标定 ，1σ 检测下限为 0.15 μV，背景噪声为38.89～43.23 μV。对传感系统的性能进行了实验测试。结果显示，CO 的检测分辨率优于 2.00×10-5，响应时间为 35～38 s。对纯氮气(N2)样品进行了长达 80 min 的监测，其浓度波动范围为-1.42×10-5～1.51×10-5，当积分时间为 0.25 s 时，系统的检测下限为 1.54×10-6；当积分时间为 300 s 时，系统的理论检测下限可达 3.50×10-7。引入卡尔曼滤波算法来提高系统的稳定性，对纯氮气进行长达 80 min 的探测，引入该算法后系统的检测下限降低到原来的 23%，同时，当积分时间为 0.25 s 时，检测下限降低到3.60×10-7。利用该传感系统，开展了棉花、纸张和木材的火灾阴燃实验，研究了 CO 浓度随阴燃时间的变化关系，验证了可通过 CO 浓度的变化来探测火灾发生的方法，证实了该传感系统呈现出良好的早期火灾探测能力。
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