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紅外原理探測(cè)器的工作原理

更新時(shí)間: 2012-09-11  點(diǎn)擊次數(shù): 2127次

紅外原理探測(cè)器的工作原理

很多可燃?xì)怏w在光的電磁波譜的紅外區(qū)都具有吸收帶,而很多年以來(lái),紅外吸收的原理就已經(jīng)是一種實(shí)驗(yàn)室分析工具了。然而,自20世紀(jì)80年代以來(lái),電子學(xué)和光學(xué)的發(fā)展使得設(shè)計(jì)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(cè)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(shì)。其響應(yīng)速度非??欤ㄒ话闵儆?0秒),維護(hù)價(jià)格低,核對(duì)簡(jiǎn)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(jì)成不受任何已知“毒物”的影響,并且非??煽浚铱稍诙栊源髿?、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(zhǎng)IR吸收原理工作,光借助這項(xiàng)技術(shù)以兩個(gè)波長(zhǎng)通過(guò)樣品混合物,其中一個(gè)波長(zhǎng)被設(shè)置為所探測(cè)氣體的吸收峰值,而另外一個(gè)則不是。這兩個(gè)光源交互脈沖,并沿著一個(gè)普通的光學(xué)路徑前進(jìn),以便于通過(guò)一個(gè)防火“窗”顯現(xiàn)出來(lái),然后再通過(guò)樣品氣體。然后,光束再被一個(gè)向后反射器反射回來(lái),再次穿過(guò)樣品,并進(jìn)入部件。這時(shí),探測(cè)器通過(guò)相互抵消的方式比較取樣與參考光束之間的信號(hào)強(qiáng)度,進(jìn)而測(cè)量出氣體濃度。
該種類型的探測(cè)器僅可探測(cè)雙原子的氣體分子,因此,適用于探測(cè)氫氣。
 

一般而言,傳統(tǒng)的氣體泄漏探測(cè)方法是點(diǎn)探測(cè),使用一些單個(gè)傳感器覆蓋一個(gè)區(qū)域或周邊。然而,近些年來(lái),市場(chǎng)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(jì)一般用于補(bǔ)足點(diǎn)探測(cè),然而,其的第三代儀器卻經(jīng)常被用為主要的探測(cè)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(cè)、海上鉆井平臺(tái)及LNG(液化天然氣)儲(chǔ)存區(qū)域。

 

早期設(shè)計(jì)采用了雙波長(zhǎng)光束,*條光束波長(zhǎng)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(gè)未被吸收的區(qū)域附近。儀器持續(xù)地對(duì)兩個(gè)通過(guò)大氣傳送的信號(hào)進(jìn)行比較,這兩個(gè)信號(hào)的傳送是通過(guò)向后反射器向后散射的射線,在更新的設(shè)計(jì)中更常見的,通過(guò)單個(gè)傳送器和接收器。這兩個(gè)信號(hào)比例的任何改變都是通過(guò)氣體測(cè)量的。然而,該設(shè)計(jì)對(duì)來(lái)自霧中的干擾非常敏感,因?yàn)椴煌愋偷撵F可以提高或降低信號(hào)比例,并因此而錯(cuò)誤地顯示一個(gè)偏向高刻度的氣體讀數(shù)/報(bào)警或偏向低刻度的氣體讀/故障。的第三代產(chǎn)品設(shè)計(jì)使用了雙帶通濾波器,該濾波器具有兩個(gè)參考波長(zhǎng)(樣品波長(zhǎng)的兩比邊各一個(gè)),*彌補(bǔ)了所有類型的來(lái)自霧和雨的干擾。在原有設(shè)計(jì)中的一些相關(guān)問(wèn)題,已經(jīng)通過(guò)使用共軸光學(xué)設(shè)計(jì)消除由于光束部分被遮住而引起的錯(cuò)誤報(bào)警而得到克服,而對(duì)脈沖氙燈和固態(tài)檢波器的使用,則使儀器從整體上對(duì)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(cè)器設(shè)計(jì)上測(cè)量了光束內(nèi)的總氣體分子數(shù)(即氣體數(shù)量)。這個(gè)值不同于在單點(diǎn)處所給出的通常濃度,且因此是在LEL儀表上表示出來(lái)的。

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