中科院半導體研究所：新型激光高溫濕度傳感器

中科院半導體研究所：新型激光高溫濕度傳感器


濕度測量涉及國民生活、生產的眾多領域，囊括了氣象、環保、農業、倉儲、制藥、制酒、石油化工、電力和垃圾處理等。隨著國家對環保監測的重視以及軍工、化工工藝的日益發展，濕度監測越來越復雜，人們對濕度測量也提出了更高的要求。

　　2018年3月1日，環保部印發的《固定污染源煙氣(SO2、NOx、顆粒物)排放連續監測技術規范》HJ75-2017正式實施，主要修訂的內容有：增加了煙氣濕度測試與質控要求；簡化了方法和監測儀器結構的介紹；細化了CEMS的安裝要求；補充完善了調試檢測和技術驗收的方法、技術要求和相關表格記錄；細化了運行管理和質量保證及數據審核和處理要求。目前在地方標準中，上海、浙江、天津、唐山等的標準還規定應采取煙溫控制和其他有效措施來消除石膏雨、有色煙雨等現象。

　　傳統的濕度測量方法有干濕球法(濕度測量受風速和溫度影響，對環境穩定性要求高)、冷凝法(攜帶不便，適合定期抽樣式濕度測量)、濕敏電容(在高濕環境下，易受到液態水滴影響，造成測量飽和，并對使用壽命產生影響)、露點法(測量準確，但對測量環境要求高，無法實現復雜工況的在線測量)。由中科院半導體研究所開發的，基于可調諧半導體激光吸收光譜(TDLAS)濕度傳感器，采用非接觸式測量，光源線寬窄，有效避免交叉感染，適合復雜工況下的濕度測量。

　　在核心技術上，可調諧半導體激光吸收光譜濕度傳感器也有自己創新點。儀器本身采用的光學系統共膜干擾抑制技術、背景信號漂移抑制及扣除技術和環境因子修正技術，這三項技術主要用于解決復雜環境對測量準確度有干擾的難題；大量程濕度自適應檢測算法及控制技術和飽和水浴高精度濕度發生技術則是為了應對大動態范圍的測量難題。

　　TDLAS技術測量濕度的優勢在于：一、可靠性高，壽命長。主機的核心器件壽命超過五年，同時探頭為無源設計，亦可長期使用，大大降低了后期的維護費用；二、無需頻繁校準。由于采用非接觸式測量，核心傳感器不受復雜工況干擾，穩定性高；三、精確度高。TDLAS技術的感濕特性曲線線性度好，線性度R2≥0.999，遠高于國家HJ75-2017對準確度的要求；四、全量程測量。TDLAS技術可以真正做到0-100%RH全量程測量。在低濕情況下，測量下限可以達到1ppmv，高濕情況下，可以穩定的測量接近冷凝飽和100%RH濕度。

　　目前，TDLAS技術已經在環保、工業、氣象行業、及軍工行業等有了廣泛運用。此外，TDLAS技術在國內無人機高空室溫測量、文物領域高濕環境監測、數據中心IDC機房濕度監測上也得到了用戶的一致好評，其中文物領域的應用填補了國內外市場空白。TDLAS的核心技術更是達到了國際先進水平，在濕度應用等方面具有重要意義，使用前景廣闊。