Page 114 - 航空电子传感器技术的研究与应用

第二章 航空电子传感器发展

片、三维异型线圈等设计加工问题，完成了体积小于 50cm3（原子气室体积仅为
4mm×4mm×4mm），零偏稳定性优于 1(° )/h 的小型化样机。

4. 气体传感器
针对密闭半密闭空间的气体检测应用需求，国内外开发了多种有毒有害气体
传感器产品。美国喷气推进实验室（JPL）采用电子鼻监测实时连续环境空气质量。
电子鼻功耗低，对化合物响应范围宽，且维护、校准和分析所需时间短，能定性
定量分析 0.01 ～ 10000ppm 内的气体。JPL 用其确认并分析化合物 24h 太空船最

大运行浓度，若化合物浓度达到危险浓度时提供早期预警。欧洲航空局（ESA）
开发的 ANITA 是与 NASA 合作用于监测空气质量的重要交互手段。该系统在
STS118 发射任务中作为 NASAISS 医疗项目（ISSMP）交付于约翰逊航天中心
（JSC）。ANITA 可在线监测和量化 30 多种除 CO2 和水气外的亚 ppm 浓度极限

下的痕量气体。ANITA 能够测量的气体下限为 10-d 最高运行浓度（SMAC）水
平的 10%，在 10-dSMAC 与 6hSMAC 间的探测误差优于 10%。
NASA 与 Rice 大学开展光声光谱法测量痕量气体研究，用于载人航天器早
期火灾探测。采用 1.53μm 的 DFB 半导体激光器作为光源，用石英音叉作为声

敏检测元件，采用共振式光声池，大幅度提高检测灵敏度，有效抑制干扰信号。
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光声池采用半导体激光器蝶形封装外壳制作而成，整个气池体积小于 1cm 。应
用单个光源，通过电流调制实现对 NH 3 ，HCN，C 2 H 2 的光谱影响测试，输出的
信号采用谐波原理检测，并对其交叉敏感特性以及长期稳定性进行了测试。最终

每种气体在积分时间小于 1min 的情况下能实现亚 ppm 浓度的检测。美国 Vista
光电公司为 NASA 研制了基于近红外半导体激光器的光声光谱法气体传感器样
机，可以选择性地探测 HF-HCl-HCN-CO 和 NH 3 ，探测水平与 180 天飞船最大运
行浓度（SMAC）相关。

我国神舟系列飞行器上使用过电化学以及气相色谱的气体分析仪，相关单位
利用小型化四级杆质谱仪测量气体成分进行了研究。北京遥测技术研究所依托载
人航天工程牵引，完成了基于光声光谱技术的小体积、低功耗、轻质量的多组分
痕量舱内有害气体分析仪的研制，能实现 30 种 ppb 级痕量气体的在线检测，具

有工作寿命长、免维护、宽范围、抗相互干扰能力强、不中毒等优点。在公共安
全、大气环境监测、工业现场安全监测、医疗诊断等领域具有极佳的推广价值。

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