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红外气体传感器在光学系统设计中的主要问题

发布时间: 2021-09-03  点击次数: 155次
  红外气体传感器采用红外发光二极管为光源的气体传感器,在光学系统的设计中需要考虑如下五种干扰对测量的影响。
  (1)温度的影响。发光二极管的发射强度和峰值发射波长是随温度变化的,在适中的环境温度范围内,波长的位移并不大(<3nm/),但发射强度的变化却很明显。此外,在红外气体传感器中常用的硫化铅或硒化铅探测器本身同温度有很大的相关性,这种相关性一般>1%/31。
  (2)由发光二极管输出功率波动和探测器响应度变化产生的信号波动。红外气体传感器必须补偿在长期连续工作中由于发光二极管输出功率波动和探测器响应度变化而引起的信号波动141。由于器件加热,所以发光二极管的输出基本上与电流成正比,并且随电流脉冲的宽度和重复速率而变化。
  (3)光谱特性。红外发光二极管光谱半宽度(FWHM)是在0.13um(峰值波长为2.0μm)至0.64μm(峰值波长在为4.4um)范围内,这样的带宽已超过许多气体的吸收特征带宽。作为结果,透过气体的辐射强度是强烈吸收波长处与微弱吸收波长处的辐射强度之和。所产生的信号因此被冲淡了,并且偏离了Lambert-Beer定律。
  (4)由灰尘和光学元件的磨损而引起的气室透射率的变化。红外气体传感器长期工作在空气环境中,尽管可以采用适当的防尘措施,但是还会有一部分细微粉尘进入气室,并且会沉积在窗口上影响透射比。另外定期清洗气室,也会造成光学器件的磨损,影响气室的透光能力。所以在光学系统的设计中,必须考虑由灰尘和光学元件的磨损而引起的气室透射率的变化对测量的影响。
  (5)探测器的失配问题。采用两个或两个以上探测器的系统依赖于所选用探测器各种特性的良好匹配。探测器的失配会导致信号的漂移,带来测量误差。例如,同一批生产的PbSe探测器的温度系数差异就可能大于5%。所以在选用时,必须进行测试和配对。在光学系统的设计中也可以采取适当的措施,消除探测器失配给测量带来的影响。
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