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(duì)特定波長(zhǎng)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(gè)鎢絲燈、兩個(gè)濾光片（分辨過濾出3.7μm的檢測(cè)光和4μm的參比光，其中4微米的參比光不被待測(cè)氣體所吸收）、反射光路組成。

當(dāng)光路中有甲烷的時(shí)候，檢測(cè)光被甲烷氣體吸收， 根據(jù)ACTIVE PYROELECTRIC DETECTOR與REFERENCE PYROELECTRIC DETECTOR之間的信號(hào)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(cè)量值對(duì)目標(biāo)氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而減弱了由于對(duì)其他氣體的響應(yīng)、源老化或光學(xué)表面污染而導(dǎo)致的背景失真的影響。當(dāng)紅外光束中存在污染物或源隨時(shí)間衰減時(shí)，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(bǔ)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(hào)。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(shè)計(jì)，基本可以應(yīng)用在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域。

這種鎢絲燈做成的紅外傳感器，因?yàn)闊襞莨母撸ǔｋ娏髟?5mA~80mA左右。對(duì)與工業(yè)24V供電的項(xiàng)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(huì)對(duì)功耗有要求。越低的功耗，對(duì)電池的要求就會(huì)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(cè)器REFERENCE PYROELECTRIC DETECTOR放置到燈泡內(nèi)部，只能解決一個(gè)燈源衰減變化造成的零點(diǎn)漂移或者線性漂移，對(duì)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(gè)方面來對(duì)這兩個(gè)漏洞進(jìn)行修補(bǔ)，一是增加了周期性自動(dòng)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(bào)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