《复杂工况激光调制吸收湿度传感器的应用及产业化》

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湿度测量涉及国民生产十几个领域,但在环保、气象、化工等复杂工况下测量存在极大困难。传统湿度传感器在温度、压力、流量等剧烈变化,烟尘、腐蚀、气液并存等工况条件时存在数据漂移、易失效甚至损毁、无法连续监测等缺点。因此该成果基于可调谐半导体激光调制吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS),成功开发面向复杂工况的激光调制吸收湿度传感器,在气象、文物、环保、化工领域应用,实现单型号传感器绝对湿度测量范围覆盖5级量程(10ppmv~1000000ppmv),具有非接触、高可靠、响应速度快、精度高等优点。经过关键器件、核心算法和工程应用技术创新,最终实现在高温、高湿、低压、高流速、液滴、腐蚀等复杂工况下准确测量。

该项目的主要创新点如下:

(1)应用领域创新:率先攻克了适用于复杂环境、恶劣工况下的激光湿度检测技术,实现了温度、压力、流速等外界参数剧烈变化下的湿度准确测量,解决了烟气、液滴、腐蚀等恶劣工况下长期稳定、连续可靠的湿度测量难题。

(2)关键技术创新:针对复杂工况测试需求,开发了完备的湿度检测核心算法库,突破了恶劣工况湿度检测控制及工程应用技术,建立了大量程湿度标定体系。

(3)核心器件创新:研制了水汽传感用特殊波段半导体激光器,将激光器封装结构与材料特性相结合设计控温散热通道,提出激光器散热面低空洞率焊接新工艺,从核心器件层面保证了传感系统对复杂工况的适应性。

该成果在湿度检测技术方面具备多项核心自主知识产权,已授权发明专利10项,论文10篇。该成果的三个候选单位覆盖产学研用全链条,包括核心器件→核心技术→工程化应用→产业化推广,其中,中国科学院半导体研究所负责激光器封装及控制技术等核心器件开发,中国科学院电工研究所负责核心控制算法、技术,北京航天易联科技发展有限公司负责工程化应用、产业化推广。项目成果已在气象、文物、环保、化工等领域得到了应用,直接经济效益1.54亿元。提升了该市高端传感器研发和产业化水平。

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