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朱振刚 日记

色谱仪,光谱仪,红外线分析器制造

 
 
 

日志

 
 

电调制NDIR红外气体传感器关键技术  

2012-12-21 22:59:27|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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在设计传感器的光学系统部分时,为了减少红外传感器微弱信号的衰减以及外界信号干扰,将前置放大电路也一并放在光学部件上,并采取了一定的电磁屏蔽措施。为了使气体红外吸收信号具有较好的分辨率,在进行结构设计时,红外光源、气室、红外探测器应设置在同一光轴上。此外为了使得信号足够大,可以使用椭圆型或抛物线型反射镜。红外光源由稳流供电,供电电压和电流根据使用的光源不同而不同。工作时,传感器根据预先设定的调制频率发出周期性的红外光,红外光源发出的红外光通过窗口材料入射到测量气室,测量气室由采样气泵连续将被测气体通入测量气室,气体吸收特定波长的红外光,透过测量气室的红外光由红外探测器探测。由于调制红外光的作用红外传感器输出交流的电信号,通过其后的前置放大电路放大后在一次经过高精密放大整流电路,得到一个与被测气体浓度对应的直流信号送入测控系统处理。红外传感器内有温度传感器探测其工作环境温度。红外传感器信号经过测控系统,并经数字滤波、线性插值及温度补偿等软件处理后,给出气体浓度测量值。

采用了以下关键技术:

1.外光源及其调制

pulsIR,reflectIR等新型电调制红外光源等,升降温速度很快.

红外光源发射窗口上安装有透明窗,一方面可以保证发射的红外光波长在特定范围内,适合于对常规的气体如CO2、CO、CH4、NO、SO2等气体进行测量。此外也可以阻止外界环境对光源温度的影响。

2.镀膜气室

采用气室与外支撑分离的结构,安装时只需将气室固定安装在支撑结构的中心即可。此种结构设计保证了该部件易于装卸﹑更换;同时由于与外支撑分离,进一步减小了外界条件的影响,使仪器能适应复杂环境下工作。此外原来一些需要较长气室的传感器,采用以往方法加工镀膜工艺十分困难,采用此法后将十分容易,成本也将大大降低。传统气室采用了与外支撑一体化设计,具有制造容易﹑安装方便等优点,但受外界温度波动影响较大;其次,由于被分析气体成分复杂,具有一定的腐蚀性,如SO2﹑NOx等,长时间使用后气室极易被污染,直接影响测量精度。

3.红外探测器

红外探测器,NDIR气体传感器的核心部件,测量精度很大程度取决于传感器的性能高低。本研究采用高灵敏度红外传感器,例如HTS E21 F3.91/F4.26,在其封装上固定安装有针对不同气体的窄带干涉滤光片,可以实现对不同气体的测量。为了确保红外探测器得到较强的稳定信号,可以设计一种红外探测器定向轴,即使在前置放大板上焊接的红外探测器位置有一定的偏差,本传感器也可确保与红外光源和气室位于同一光学中心轴上。

红外探测器接收红外光产生的信号十分微弱,极易受外界的干扰,因此稳定可靠的前置放大电路是关键,最好采用高精密、低飘移的模拟放大电路,并采用窄带滤波电路。前置放大电路具有精度高、漂移小、响应快的特点。前置放大出来的信号通过二级放大电路,直接输出一个与气体浓度对应信号,并送入测控系统,通过非线性校正和补偿后得到气体浓度。

4、 传感器测控系统

为了实现NDIR气体传感器的测量、控制以及自动标定等功能,需要一个合适的微控制器来管理传感器。传感器测控系统通过采集红外输出信号及测量标准气体曲线,采用非线性校正算法可以直接得到测量气体的浓度。

通过采用以上技术,NDIR红外气体传感器的结构比以往仪器将大大简化,仪器功耗也大幅度降低(只有以往的1/4),传感器的成本也不到以往技术的1/4。此类传感器可以实现模块化和标准化,因此更加适合在我国广泛使用。


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