Недисперсионный инфракрасный датчик

Недисперсионный инфракрасный датчик (или датчик NDIR ) — это простой спектроскопический датчик, часто используемый в качестве детектора газа . Он недисперсионный, поскольку не используется никакой дисперсионный элемент (например, призма или дифракционная решетка , которые часто присутствуют в других спектрометрах для разделения (например, монохроматора ) широкополосного света на узкий спектр, подходящий для обнаружения газа, ). Большинство датчиков NDIR используют широкополосный ламповый источник и оптический фильтр для выбора узкополосной спектральной области, которая перекрывается с областью поглощения интересующего газа. В этом контексте узкой может быть полоса пропускания 50–300 нм. Современные датчики NDIR могут использовать микроэлектромеханические системы (MEM) или светодиодные или без него источники среднего ИК-диапазона с оптическим фильтром .

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 проб или световая трубка , светофильтр и инфракрасный детектор . Инфракрасный свет направляется через камеру для образца на детектор. Параллельно имеется еще одна камера с закрытым эталонным газом, обычно азотом . Газ в камере для образца вызывает поглощение определенных длин волн в соответствии с законом Бера-Ламберта , и ослабление этих длин волн измеряется детектором для определения концентрации газа. детектором установлен оптический фильтр Перед , который устраняет весь свет, кроме той длины волны, которую могут поглотить выбранные молекулы газа.

В идеале другие молекулы газа не поглощают свет на этой длине волны и не влияют на количество света, попадающего в детектор, однако некоторая перекрестная чувствительность неизбежна. ^{[ 1 ]} Например, многие измерения в ИК-диапазоне перекрестно чувствительны к H ₂ O, поэтому такие газы, как CO ₂ , SO ₂ и NO _2, часто вызывают перекрестную чувствительность при низких концентрациях. ^{[ нужна ссылка ]}^{[ 2 ]}

ИК- сигнал от источника обычно прерывается или модулируется, чтобы можно было компенсировать тепловые фоновые сигналы относительно полезного сигнала. ^{[ 3 ]}

Датчики NDIR для углекислого газа часто встречаются в установках отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).

Конфигурации с несколькими фильтрами, либо на отдельных датчиках, либо 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 веществ.

Исследовать

Миниатюрные ИК-источники на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС) экспериментально применяются в системах NDIR с 2006 года и полезны с 2016 года. Низкая энергия излучения МЭМС означает, что необходима чувствительная схема детектора на основе синхронного усиления. ^{[ 4 ]} Другие полезные детекторы включают фотоакустический датчик газа , который использует микрофон MEMS для обнаружения взаимодействия газа с ИК-излучением. ^{[ 5 ]}

Газы и длины волн их восприятия

Газы не имеют определенной длины волны восприятия, скорее существуют области ИК-спектра, где обычно присутствуют многие тысячи близко расположенных линий поглощения. см. в базе данных Hitran Дополнительную информацию .

О ₂ — 0,763 мкм ^{[ 6 ]}
СО ₂ — 4,26 мкм, ^{[ 7 ]} 2,7 мкм, около 13 мкм ^{[ 6 ]}
СО — 4,67 мкм, ^{[ 7 ]} 1,55 мкм, 2,33 мкм, 4,6 мкм, 4,8 мкм, 5,9 мкм ^{[ 6 ]}
НЕТ — 5,3 мкм, NO ₂ необходимо уменьшить до NO, а затем их вместе измерять как NO.
_х ; NO также поглощает ультрафиолет с длиной волны 195-230 нм. NO ₂ измеряется при 350-450 нм; ^{[ 8 ]} в ситуациях, когда NO ₂Известно, что содержание 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 ]}
Н ₂ О — 7,73 мкм ( № ₂ и помехи 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 ]}
СО ₂ — 7,35 мкм, 19,25 мкм ^{[ 6 ]}
ВЧ — 1,27 мкм, 1,33 мкм ^{[ 6 ]}
HCl — 3,4 мкм ^{[ 6 ]}
HBr — 1,34 мкм, 3,77 мкм ^{[ 6 ]}
ВИ — 4,39 мкм ^{[ 6 ]}
углеводороды — 3,3-3,5 мкм, колебание связи CH ^{[ 7 ]}
СН ₄ — 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 ]}
С ₂ Н ₂ — 3,07 мкм ^{[ 6 ]}
С ₃ Н 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, чтобы избежать помех от CO ₂ , ^{[ 10 ]} 1,3 мкм, 1,4 мкм, 1,8 мкм ^{[ 6 ]}
О 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

Ссылки

^ «Источники света датчиков газа NDIR» . Международные световые технологии . Архивировано из оригинала 5 декабря 2012 года . Проверено 9 мая 2016 г.
^ Название 40: Защита окружающей среды, Часть 1065 — Процедуры испытаний двигателя, Подчасть D — Калибровки и проверки, §1065.350 _{H 2} Проверка помех _{O для анализаторов CO 2} NDIR
^ Зейтц, Джейсон; Тонг, Ченан (май 2013 г.). NDIR CO ₂ SNAA207 – LMP91051 Система обнаружения газа (PDF) . Техасские инструменты.
^ Винсент, штат Техас; Гарднер, JW (ноябрь 2016 г.). «Недорогая система NDIR на основе MEMS для мониторинга содержания углекислого газа при анализе дыхания на уровнях ppm» . Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 236 : 954–964. дои : 10.1016/j.snb.2016.04.016 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Попа, Дэниел; Удреа, Флорин (4 мая 2019 г.). «На пути к интегрированным датчикам газа среднего инфракрасного диапазона» . Датчики . 19 (9): 2076. Бибкод : 2019Senso..19.2076P . дои : 10.3390/s19092076 . ПМК 6539445 . ПМИД 31060244 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п ^д ^р ^с ^т ^в ^v ^В ^х Коротценков, Геннадий (2013). «Таблица 14.4 Линии поглощения некоторых газов и паров, используемых для газового анализа» . Традиционные подходы . Справочник по материалам газовых датчиков: свойства, преимущества и недостатки для применения. Том. 1. Спрингер. ISBN 978-1-4614-7165-3 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Палидвар, Джейсон. «Оптические фильтры открывают новые возможности использования систем MWIR, LWIR» . photonics.com . Иридианские спектральные технологии . Проверено 16 апреля 2018 г.
^ «2.2 Оксид азота (NO _x )» . 2. Измерительные приборы для стационарного источника, технология непрерывного мониторинга загрязнения воздуха в Японии . Фонд Глобального экологического центра. Архивировано из оригинала 16 сентября 2017 г. Проверено 16 января 2020 г.
^ Монтгомери, Тами А.; Самуэльсен, Гэри С.; Музио, 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 . S2CID 56277453 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с «Обнаружение влаги и газа с помощью измерительных приборов NDIR» (PDF) (пресс-релиз). Лазерные компоненты. 10 мая 2016 г. Архивировано из оригинала (PDF) 24 февраля 2018 г. Проверено 16 января 2020 г.

Внешние ссылки

Объяснение датчиков NDIR и CO2 , Энциклопедия газоанализаторов, Эдафическая база научных знаний
Рекомендации по выбору лампы датчика газа NDIR
Технология NDIR для выхлопа бензина. Архивировано 17 октября 2014 г. на Wayback Machine.
NDIR-детекторы CO&CO ₂ в выхлопах двигателей внутреннего сгорания

[ILT-1] «Источники света датчиков газа NDIR» . Международные световые технологии . Архивировано из оригинала 5 декабря 2012 года . Проверено 9 мая 2016 г.

[2] Название 40: Защита окружающей среды, Часть 1065 — Процедуры испытаний двигателя, Подчасть D — Калибровки и проверки, §1065.350 _{H 2} Проверка помех _{O для анализаторов CO 2} NDIR

[3] Зейтц, Джейсон; Тонг, Ченан (май 2013 г.). NDIR CO ₂ SNAA207 – LMP91051 Система обнаружения газа (PDF) . Техасские инструменты.

[4] Винсент, штат Техас; Гарднер, JW (ноябрь 2016 г.). «Недорогая система NDIR на основе MEMS для мониторинга содержания углекислого газа при анализе дыхания на уровнях ppm» . Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 236 : 954–964. дои : 10.1016/j.snb.2016.04.016 .

[inte-sensor-5] Перейти обратно: ^а ^б Попа, Дэниел; Удреа, Флорин (4 мая 2019 г.). «На пути к интегрированным датчикам газа среднего инфракрасного диапазона» . Датчики . 19 (9): 2076. Бибкод : 2019Senso..19.2076P . дои : 10.3390/s19092076 . ПМК 6539445 . ПМИД 31060244 .

[hgsm-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п ^д ^р ^с ^т ^в ^v ^В ^х Коротценков, Геннадий (2013). «Таблица 14.4 Линии поглощения некоторых газов и паров, используемых для газового анализа» . Традиционные подходы . Справочник по материалам газовых датчиков: свойства, преимущества и недостатки для применения. Том. 1. Спрингер. ISBN 978-1-4614-7165-3 .

[photonic-7] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Палидвар, Джейсон. «Оптические фильтры открывают новые возможности использования систем MWIR, LWIR» . photonics.com . Иридианские спектральные технологии . Проверено 16 апреля 2018 г.

[8] «2.2 Оксид азота (NO _x )» . 2. Измерительные приборы для стационарного источника, технология непрерывного мониторинга загрязнения воздуха в Японии . Фонд Глобального экологического центра. Архивировано из оригинала 16 сентября 2017 г. Проверено 16 января 2020 г.

[9] Монтгомери, Тами А.; Самуэльсен, Гэри С.; Музио, 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 . S2CID 56277453 .

[laserco-10] Перейти обратно: ^а ^б ^с «Обнаружение влаги и газа с помощью измерительных приборов NDIR» (PDF) (пресс-релиз). Лазерные компоненты. 10 мая 2016 г. Архивировано из оригинала (PDF) 24 февраля 2018 г. Проверено 16 января 2020 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]