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紅外原理探測器的工作原理

更新時間: 2012-09-11  點擊次數(shù): 2074次

紅外原理探測器的工作原理

很多可燃氣體在光的電磁波譜的紅外區(qū)都具有吸收帶,而很多年以來,紅外吸收的原理就已經(jīng)是一種實驗室分析工具了。然而,自20世紀(jì)80年代以來,電子學(xué)和光學(xué)的發(fā)展使得設(shè)計一種電源足夠低、體積較小的設(shè)備變?yōu)榭赡?,從而使得可以將該技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)氣體探測產(chǎn)品。這些傳感器較之于燃燒式傳感器,具有一些重要的優(yōu)勢。其響應(yīng)速度非??欤ㄒ话闵儆?0秒),維護價格低,核對簡單,使用了現(xiàn)代微處理器控制設(shè)備的自檢設(shè)備。它們還可被設(shè)計成不受任何已知“毒物”的影響,并且非??煽?,且可在惰性大氣、各種環(huán)境溫度、壓力及濕度狀態(tài)中成功作業(yè)。

本技術(shù)基于雙波長IR吸收原理工作,光借助這項技術(shù)以兩個波長通過樣品混合物,其中一個波長被設(shè)置為所探測氣體的吸收峰值,而另外一個則不是。這兩個光源交互脈沖,并沿著一個普通的光學(xué)路徑前進,以便于通過一個防火“窗”顯現(xiàn)出來,然后再通過樣品氣體。然后,光束再被一個向后反射器反射回來,再次穿過樣品,并進入部件。這時,探測器通過相互抵消的方式比較取樣與參考光束之間的信號強度,進而測量出氣體濃度。
該種類型的探測器僅可探測雙原子的氣體分子,因此,適用于探測氫氣。
 

一般而言,傳統(tǒng)的氣體泄漏探測方法是點探測,使用一些單個傳感器覆蓋一個區(qū)域或周邊。然而,近些年來,市場上已經(jīng)可以買到一些使用寬光束(或開路)的紅外和激光技術(shù)的儀表,這些光束可以覆蓋好幾百米的距離。早期的開路設(shè)計一般用于補足點探測,然而,其的第三代儀器卻經(jīng)常被用為主要的探測方法。已經(jīng)獲得相當(dāng)成功的典型應(yīng)用包括FPSO、碼頭、裝料站/卸貨碼頭、管道、周邊監(jiān)測、海上鉆井平臺及LNG(液化天然氣)儲存區(qū)域。

 

早期設(shè)計采用了雙波長光束,*條光束波長與目標(biāo)氣體吸收帶的峰值相一致,第二條參考光束則位于一個未被吸收的區(qū)域附近。儀器持續(xù)地對兩個通過大氣傳送的信號進行比較,這兩個信號的傳送是通過向后反射器向后散射的射線,在更新的設(shè)計中更常見的,通過單個傳送器和接收器。這兩個信號比例的任何改變都是通過氣體測量的。然而,該設(shè)計對來自霧中的干擾非常敏感,因為不同類型的霧可以提高或降低信號比例,并因此而錯誤地顯示一個偏向高刻度的氣體讀數(shù)/報警或偏向低刻度的氣體讀/故障。的第三代產(chǎn)品設(shè)計使用了雙帶通濾波器,該濾波器具有兩個參考波長(樣品波長的兩比邊各一個),*彌補了所有類型的來自霧和雨的干擾。在原有設(shè)計中的一些相關(guān)問題,已經(jīng)通過使用共軸光學(xué)設(shè)計消除由于光束部分被遮住而引起的錯誤報警而得到克服,而對脈沖氙燈和固態(tài)檢波器的使用,則使儀器從整體上對日光或其他放射源如火炬煙囪、電弧焊或閃電等所產(chǎn)生的干擾具有免疫作用。

開路探測器設(shè)計上測量了光束內(nèi)的總氣體分子數(shù)(即氣體數(shù)量)。這個值不同于在單點處所給出的通常濃度,且因此是在LEL儀表上表示出來的。

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