为了实现对矿井有害气体的有效监测和控制, 本文基于非色散红外( NDIR)原理, 设计了一种双组分气体传感器。重点提出了一种反射式气室, 然后利用光学仿真软件 LightTools对腔体内的光线传播方向进行了光线追迹分析, 并对到达探测器 4个接收面的光强分布进行了模拟分析, 验证了该气室的可行性与优越性。在器件上选用电调制红外光源和热释电探测器, 由单片机处理电信号并输出气体浓度信息, 大大提高了检测精度。实验结果表明, 该传感器能够准确检测 0～2000 ppm范围内的甲烷与二氧化碳气体浓度, 满量程精度可达 4.5%。可以满足矿井内甲烷、二氧化碳气体浓度检测的需要, 具有广阔的应用前景。

基于中红外光源的气体光谱检测是新的痕量气体监测与分析方法, 在大气监测领域具有重要的应用。构建了一套基于中红外DFG光源的甲烷气体光谱检测系统。该系统以1 550 nm和1 060 nm波段可调谐半导体激光器作为基频光源, 采用PPLN晶体作为差频非线性变频器件, 实现了3.3 μm处的窄线宽可调谐中红外光源输出。实验结果表明, 当PPLN晶体工作温度为99.5℃时, 闲频光的输出功率为112 μW, 差频转换效率达到1.246 mW/W2。晶体的温度接受带宽为4.3℃, 泵浦光波长接受带宽为5.3 nm。在此基础上, 分别利用直接吸收法和谐波检测法获得了3 028.751 cm-1处的甲烷气体吸收光谱和二次谐波检测信号。

为了满足电力系统中对SF6气体精确测量的需求，基于非分光红外差分检测原理，设计了一种便携式的SF6气体传感器。系统采用单光束双波长结构，对直射式和梯形反射式气室进行光学仿真，最终确定了气室类型，提高了系统的紧凑性和灵敏度。在电路方面设计了一种小信号放大滤波电路，有效地将有用信号从噪声中提取出来；传感器采用高精度高性能模数转换器将模拟电信号转换为数字信号送入单片机处理，大大提高了检测精度。实验结果表明，该传感器能够准确检测体积分数为0～2×10-3范围内的SF6气体，满量程精度可达4.2%。

非色散红外SF6气体传感器具有测量范围广、灵敏度高、抗干扰能力强等优点,在电力系统中具有广泛的应用。在实际检测过程中,环境气压的变化对气体传感器的检测精度有较大的影响,提出利用RBF神经网络建立气体传感器气压补偿模型,运用其泛化和非线性映射能力对环境气压波动引起的测量误差进行补偿。实验结果表明：采用气压补偿模型后的气体传感器在气体浓度3 260 mg/m3~9 781 mg/m3,气压100 kPa~120 kPa范围内,最大测量误差由±646 mg/m3降为±52 mg/m3,测量精度为±0.53%FS。该方法相比于拟合法和硬件电路补偿法具有更高的测量精度和稳定性,降低了传感器的体积和成本。