电调制非分光红外(NDIR)气体传感器
本文介绍一种采用电调制红外光源的新型红外气体传感器。该传感器通过采用电调制红外光源,省却了传统方法中的机械调制部件;同时采用了高精度干涉滤光片一体化红外传感器以及单光束双波长技术,配合易拆卸的镀金气室及数据采集系统,可以实现SO2、NO、CO2、CO、CH4、N2O等气体的实时测量。
一 前言
NDIR红外气体分析仪作为一种快速、准确的气体分析技术,特别连续污染物监测系统(CEMS)以及机动车尾气检测应用中十分普遍。国内NDIR气体分析仪的主要厂家大都采用国际上八十年代初的红外气体分析方法,如采用镍锘丝作为红外光源、采用电机机械调制红外光、采用薄膜电容微音器或InSb等作为传感器等。由于采用电机机械调制,仪器功耗大,且稳定性差,仪器造价也很高。同时采用薄膜电容微音器作为传感使得仪器对震动十分敏感,因此不适合便携测量。随着红外光源、传感器及电子技术的发展,NDIR红外气体传感器在国外得到了迅速的发展。主要表现在无机械调制装置,采用新型红外传感器及电调制光源,在仪器电路上采用了低功耗嵌入式系统,使得仪器在体积、功耗、性能、价格上具有以往仪器无法比拟的优势。
二 NDIR气体分析基本机理
当红外光通过待测气体时,这些气体分子对特定波长的红外光有吸收,其吸收关系服从朗伯--比尔(Lambert-Beer)吸收定律。设入射光是平行光,其强度为I0,出射光的强度为I,气体介质的厚度为L。当由气体介质中的分子数dN的吸收所造成的光强减弱为dI时,根据朗伯--比尔吸收定律: dI/I=-KdN,式中K为比例常数。经积分得:lnI=-KN+α (1) , 式中:N为吸收气体介质的分子总数;α为积分常数。显然有N∝cl,c为气体浓度。则式(1)可写成:
I=exp(α)exp(-KN)=exp(α)exp(-μcL)=I0exp(-μcL) (2)
因此对于多种混合气体,为了分析特定组分,应该在传感器或红外光源前安一个适合分析气体吸收波长的窄带滤光片,使传感器的信号变化只反映被测气体浓度变化。
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