Недисперсный инфракрасный датчик - Википедия - Nondispersive infrared sensor

А недисперсный инфракрасный датчик (или же Датчик NDIR) простой спектроскопический датчик часто используется как Детектор газа. Он не является диспергирующим, поскольку нет диспергирующего элемента (например, призма или же дифракционная решетка как это часто бывает в других спектрометры ) используется для разделения (как монохроматор ) широкополосный свет в узкий спектр, пригодный для обнаружения газов. В большинстве датчиков NDIR используется широкополосный ламповый источник и оптический фильтр для выбора узкополосной спектральной области, которая перекрывается с областью поглощения исследуемого газа. В этом контексте узкая полоса пропускания может составлять 50–300 нм. Современные датчики NDIR могут использовать Микроэлектромеханические системы (MEM) или средний ИК ВЕЛ источники, с или без оптический фильтр.

NDIR-анализатор с одной двойной трубкой для CO и другой двойной трубкой для углеводородов

Принцип

Основными компонентами датчика NDIR являются инфракрасный (ИК) источник (лампа), камера для образца или световая трубка, а светофильтр и инфракрасный детектор. ИК-свет направляется через камеру для образца в сторону детектора. Параллельно есть еще одна камера с закрытым газом сравнения, обычно азот. Газ в камере пробы вызывает поглощение определенных длин волн в соответствии с Закон Бера – Ламберта, и затухание этих длин волн измеряется детектором для определения концентрации газа. Детектор имеет оптический фильтр перед ним, который устраняет весь свет, кроме длины волны, которую могут поглощать выбранные молекулы газа.

В идеале другие молекулы газа не поглощают свет на этой длине волны и не влияют на количество света, достигающего детектора, однако некоторая перекрестная чувствительность неизбежна.[1] Например, многие измерения в ИК-области перекрестно чувствительны к ЧАС2О так газы как CO2, ТАК2 и НЕТ2 часто вызывают перекрестную чувствительность при низких концентрациях.[нужна цитата ][2]

Их сигнал от источника обычно прерывается или модулируется, так что тепловые фоновые сигналы могут быть смещены от полезного сигнала.[3]

Датчики NDIR для углекислого газа часто встречаются в отопление, вентиляция, кондиционирование (HVAC) агрегаты.

Конфигурации с несколькими фильтрами на отдельных датчиках или на вращающемся колесе позволяют одновременно проводить измерения на нескольких выбранных длинах волн.

Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR), более сложная технология, сканирует широкую часть спектра, одновременно измеряя множество поглощающих частиц.

Исследование

Одна из проблем датчиков NDIR - их большой размер и высокая стоимость, что делает их непригодными для встраиваемых приложений, интегрированных в другие системы. Миниатюрные ИК-источники на основе микроэлектромеханические системы (MEMS) экспериментально применяется к системам NDIR с 2006 года и используется с 2016 года. Низкая энергия излучения MEMS означает, что необходима чувствительная детекторная схема, основанная на синхронном усилении.[4] Другие полезные детекторы включают фотоакустический датчик газа которые используют микрофон MEMS для обнаружения взаимодействия ИК-газа.[5]

Газы и их длина волны зондирования

Спектры поглощения некоторых газов в средней инфракрасной области[5]

У газов нет определенной длины волны зондирования, скорее, есть области ИК-спектра, где обычно есть много тысяч близко расположенных линий поглощения. Увидеть Hitran база данных для получения дополнительной информации.

  • О2 - 0,763 мкм[6]
  • CO2 - 4,26 мкм,[7] 2,7 мкм, около 13 мкм[6]
  • монооксид углерода - 4,67 мкм,[7] 1,55 мкм, 2,33 мкм, 4,6 мкм, 4,8 мкм, 5,9 мкм[6]
  • НЕТ - 5,3 мкм, НЕТ2 должен быть уменьшен до NO, а затем они вместе измеряются как NOx; NO также поглощает в ультрафиолете 195-230 нм, NO2 измеряется при 350-450 нм;[8] в ситуациях, когда НЕТ2 содержание известно как низкое, его часто игнорируют и измеряют только NO; также 1,8 мкм[6]
  • НЕТ2 - 6,17-6,43 мкм, 15,4-16,3 мкм, 496 нм[6]
  • N2О - 7,73 мкм (НЕТ2 и так2 вмешиваться),[9][7] 1,52 мкм, 4,3 мкм, 4,4 мкм, около 8 мкм[6]
  • HNO3 - 5,81 мкм[6]
  • NH3 - 2,25 мкм, 3,03 мкм, 5,7 мкм[6]
  • ЧАС2S - 1,57 мкм, 3,72 мкм, 3,83 мкм[6]
  • ТАК2 - 7,35 мкм, 19,25 мкм[6]
  • HF - 1,27 мкм, 1,33 мкм[6]
  • HCl - 3,4 мкм[6]
  • HBr - 1,34 мкм, 3,77 мкм[6]
  • ЗДРАВСТВУЙ - 4,39 мкм[6]
  • углеводороды - 3,3-3,5 мкм, колебание связи C-H[7]
  • CH4 - 3,33 мкм, 7.91±0,16 мкм также можно использовать,[10] 1,3 мкм, 1,65 мкм, 2,3 мкм, 3,2-3,5 мкм, около 7,7 мкм[6]
  • C2ЧАС2 - 3,07 мкм[6]
  • C3ЧАС8 - 1,68 мкм, 3,3 мкм[6]
  • CH3Cl - 3,29 мкм[6]
  • ЧАС2О - 1,94 мкм, 2,9 мкм (CO2 мешает),[7] 5.78±0,18 мкм также может использоваться для удаления CO2 вмешательство[10] 1,3 мкм, 1,4 мкм, 1,8 мкм[6]
  • О3 - 9,0 мкм,[7] также 254 нм (УФ)[6]
  • ЧАС2О2 - 7,79 мкм[6]
  • спиртовые смеси - 9.5±0,45 мкм[10]
  • HCHO - 3,6 мкм[6]
  • HCOOH - 8,98 мкм[6]
  • COS - 4,87 мкм[6]

Приложения

Рекомендации

  1. ^ "Источники света газового датчика NDIR". Международные Световые Технологии. Архивировано из оригинал 5 декабря 2012 г.. Получено 9 мая 2016.
  2. ^ Раздел 40: Защита окружающей среды, ЧАСТЬ 1065 - ПРОЦЕДУРЫ ИСПЫТАНИЙ ДВИГАТЕЛЯ, подраздел D - Калибровка и проверки, § 1065.350 Проверка помех H2O для анализаторов CO2 NDIR
  3. ^ Зейтц, Джейсон; Тонг, Ченан (май 2013 г.). SNAA207 - LMP91051 Система обнаружения газа CO2 NDIR (PDF). Инструменты Техаса.
  4. ^ Vincent, T.A .; Гарднер, Дж. (Ноябрь 2016 г.). «Недорогая система NDIR на основе МЭМС для мониторинга углекислого газа при анализе дыхания на уровнях ppm». Датчики и исполнительные механизмы B: химические. 236: 954–964. Дои:10.1016 / j.snb.2016.04.016.
  5. ^ а б Попа, Даниэль; Удреа, Флорин (4 мая 2019 г.). «На пути к интегрированным газовым датчикам среднего инфракрасного диапазона». Датчики. 19 (9): 2076. Дои:10,3390 / с19092076. ЧВК  6539445. PMID  31060244.
  6. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты v ш Икс Коротценков, Геннадий (18 сентября 2013 г.). Справочник материалов газовых сенсоров: свойства, преимущества и недостатки для приложений Том 1: Традиционные подходы. Springer Science & Business Media. ISBN  9781461471653. Получено 16 апреля 2018 - через Google Книги.
  7. ^ а б c d е ж Технологии, Джейсон Палидвар, Iridian Spectral. «Оптические фильтры открывают новые возможности для систем MWIR, LWIR». photonics.com. Получено 16 апреля 2018.
  8. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2017-09-16. Получено 2020-01-16.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  9. ^ Montgomery, Tami A .; Samuelsen, Gary S .; Муцио, Лоуренс Дж. (1989). «Непрерывный инфракрасный анализ N2O в продуктах сгорания». Журнал Ассоциации управления воздухом и отходами. 39 (5): 721–726. Дои:10.1080/08940630.1989.10466559.
  10. ^ а б c «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2018-02-24. Получено 2020-01-16.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)

внешняя ссылка