Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Недиспергирующий инфракрасный датчик (или датчик NDIR ) представляет собой простой спектроскопический датчик часто используются в качестве детектора газа . Он не является диспергирующим, так как никакой дисперсионный элемент (например, призма или дифракционная решетка, которые часто присутствуют в других спектрометрах ) не используется для разделения (как монохроматор) широкополосный свет в узкий спектр, пригодный для газового зондирования. В большинстве датчиков NDIR используется широкополосный источник лампы 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 светодиодные источники среднего ИК-диапазона , с оптическим фильтром или без него .

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

Принцип [ править ]

Основными компонентами датчика NDIR являются источник инфракрасного (ИК) излучения (лампа), камера для образца или световая трубка , светофильтр и инфракрасный детектор . ИК-свет направляется через камеру для образца в сторону детектора. Параллельно есть еще одна камера с закрытым газом сравнения, обычно азотом . Газ в камере для проб вызывает поглощение волн определенной длины в соответствии с законом 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 H 2 O, поэтому такие газы, как CO 2 , SO 2 и NO 2, часто вызывают перекрестную чувствительность при низких концентрациях. [ необходима ссылка ] [2]

ИК- 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 установках отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).

Конфигурации с несколькими фильтрами на отдельных датчиках или на вращающемся колесе позволяют проводить одновременные 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 [ править ]

Одной из проблем датчиков NDIR является их большой размер и высокая стоимость, что делает их непригодными для встраиваемых приложений, интегрированных в другие системы. Миниатюрные источники ИК-излучения на основе микроэлектромеханических систем (MEMS) экспериментально применяются в системах NDIR с 2006 г. и используются с 2016 г. Низкая энергия излучения MEMS означает, что необходима чувствительная схема детектора, основанная на синхронизированном усилении. [4] Другие полезные детекторы включают фотоакустический датчик газа, который использует микрофон MEMS для обнаружения взаимодействия газа и инфракрасного излучения. [5]

Газы и их длина волны зондирования [ править ]

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. См. Базу данных Hitran для получения дополнительной информации.

  • O 2 - 0,763 мкм [6]
  • CO 2 - 4,26 мкм, [7] 2,7 мкм, около 13 мкм [6]
  • оксид углерода - 4,67 мкм, [7] 1,55 мкм, 2,33 мкм, 4,6 мкм, 4,8 мкм, 5,9 мкм [6]
  • NO - 5,3 мкм, NO 2 должен быть восстановлен до NO, а затем они вместе измеряются как NOx; NO также поглощается в ультрафиолете при 195–230 нм, NO 2 измеряется при 350–450 нм; [8] в ситуациях, когда известно, что содержание NO 2 низкое, его часто игнорируют и измеряют только NO; также 1,8 мкм [6]
  • NO 2 - 6,17-6,43 мкм, 15,4-16,3 мкм, 496 нм [6]
  • N 2 O - 7,73 мкм ( мешают NO 2 и SO 2 ) [9] [7] 1,52 мкм, 4,3 мкм, 4,4 мкм, около 8 мкм [6]
  • HNO 3 - 5,81 мкм [6]
  • NH 3 - 2,25 мкм, 3,03 мкм, 5,7 мкм [6]
  • H 2 S - 1,57 мкм, 3,72 мкм, 3,83 мкм [6]
  • SO 2 - 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]
  • HI - 4,39 мкм [6]
  • углеводороды - 3,3-3,5 мкм, колебание связи CH [7]
  • СН 4 - 3,33 мкм,Также можно использовать 7,91 ± 0,16 мкм , [10] 1,3 мкм, 1,65 мкм, 2,3 мкм, 3,2–3,5 мкм, около 7,7 мкм [6]
  • C 2 H 2 - 3,07 мкм [6]
  • C 3 H 8 - 1,68 мкм, 3,3 мкм [6]
  • CH 3 Cl - 3,29 мкм [6]
  • H 2 O - 1,94 мкм, 2,9 мкм ( мешает CO 2 ), [7] 5,78 ± 0,18 мкм также можно использовать для устранения помех CO 2 , [10] 1,3 мкм, 1,4 мкм, 1,8 мкм [6]
  • O 3 - 9,0 мкм, [7] также 254 нм (УФ) [6]
  • H 2 O 2 - 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 [ править ]

  • Инфракрасный газоанализатор
  • Инфракрасный точечный датчик

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Источники света датчика газа NDIR" . Международные световые технологии . Архивировано из оригинала на 5 декабря 2012 года . Дата обращения 9 мая 2016 .
  2. ^ Название 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. ^ Винсент, TA; Гарднер, JW (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. DOI : 10.1016 / j.snb.2016.04.016 .
  5. ^ a b Попа, Даниэль; Удреа, Флорин (4 мая 2019 г.). «На пути к интегрированным датчикам газа среднего инфракрасного диапазона» . Датчики . 19 (9): 2076 DOI : 10,3390 / s19092076 . PMC 6539445 . PMID 31060244 .  
  6. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x Коротценков, Геннадий (18 сентября 2013 г.). Справочник по материалам газовых сенсоров: свойства, преимущества и недостатки для приложений Том 1: Традиционные подходы . Springer Science & Business Media. ISBN 9781461471653. Проверено 16 апреля 2018 г. - через Google Книги.
  7. ^ a b c d e f Технологии, Джейсон Палидвар, Iridian Spectral. «Оптические фильтры открывают новые возможности для систем MWIR, LWIR» . photonics.com . Проверено 16 апреля 2018 года .
  8. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2017-09-16 . Проверено 16 января 2020 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  9. ^ Монтгомери, Тами А .; Самуэльсен, Гэри С .; Муцио, Лоуренс Дж. (1989). «Непрерывный инфракрасный анализ N2O в продуктах сгорания» . Журнал Ассоциации управления воздухом и отходами . 39 (5): 721–726. DOI : 10.1080 / 08940630.1989.10466559 .
  10. ^ a b c «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 24 февраля 2018 года . Проверено 16 января 2020 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )

Внешние ссылки [ править ]

  • Объяснение датчиков газа NDIR , Энциклопедия газоанализаторов, База научных знаний Edaphic
  • Примечания по выбору лампы газового датчика NDIR
  • Технология NDIR для бензиновых выхлопов
  • Детекторы NDIR для CO&CO 2 в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания