淺析工業(yè)低功耗紅外氣體濃度傳感器和常規(guī)鎢絲燈氣體濃度傳感器的工作原理及其區(qū)別
上圖是我們紅外原理氣體傳感器的外觀
紅外原理甲烷、CO2、氟利昂(R134a/R32/R507a等)、SF6、乙炔、笑氣傳感器都是根據(jù)朗格比爾定律,通過特定氣體如甲烷CH4對特定波長的光3.7μm有吸收來判斷的氣體濃度,如下圖所示。下圖結(jié)構(gòu)包括一個鎢絲燈、兩個濾光片(分辨過濾出3.7μm的檢測光和4μm的參比光,其中4微米的參比光不被待測氣體所吸收)、反射光路組成。
當光路中有甲烷的時候,檢測光被甲烷氣體吸收, 根據(jù)ACTIVE PYROELECTRIC DETECTOR與REFERENCE PYROELECTRIC DETECTOR之間的信號差,來判斷甲烷氣體的濃度。
差分吸收技術(shù)始終根據(jù)參考測量值對目標氣體進行監(jiān)測,從而減弱了由于對其他氣體的響應、源老化或光學表面污染而導致的背景失真的影響。當紅外光束中存在污染物或源隨時間衰減時,有源通道和參考通道的衰減相同。
以此原理為基礎(chǔ),再加上溫度傳感器和溫度補償算法,通過數(shù)字串口,在工業(yè)溫度范圍內(nèi)輸出線性信號。如下圖所示:
至此,紅外傳感器基本就已經(jīng)完成了,寬溫度范圍,防爆設計,基本可以應用在工業(yè)各個領(lǐng)域。
這種鎢絲燈做成的紅外傳感器,因為燈泡功耗高,通常電流在15mA~80mA左右。對與工業(yè)24V供電的項目來說還是比較合適的,但是有些電池供電的無線傳輸儀表,就會對功耗有要求。越低的功耗,對電池的要求就會越低。那么,市面上就有了超低功耗紅外傳感器的需求。想要降低功耗,首先就要把高耗電的鎢絲燈替換成功率更低的LED燈泡。那么,LED低功耗的傳感器與鎢絲燈常規(guī)功耗的傳感器有產(chǎn)生了區(qū)別。
LED燈的低功耗紅外傳感器只能把參比探測器REFERENCE PYROELECTRIC DETECTOR放置到燈泡內(nèi)部,只能解決一個燈源衰減變化造成的零點漂移或者線性漂移,對與光路污染造成的漂移無可奈何,而且LED燈泡溫度低,較容易結(jié)露,然而結(jié)露正是紅外傳感器最大的天敵,所以超低功耗傳感器只能增加了兩個方面來對這兩個漏洞進行修補,一是增加了周期性自動找零功能,而是增加了濕度傳感器和濕度算法,解決結(jié)露造成的紅外傳感器誤報警問題。
所以如果是24V在線式電源供電,那么用常規(guī)功耗紅外傳感器較為穩(wěn)定。如果電池供電,那么LED燈結(jié)構(gòu)的低功耗紅外傳感器在通過找零和濕度算法的作用下,也可以解決很大一部分問題。
審核編輯 黃宇
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