JC-3800型相关红外线分析器原理及应用

　　1　前　言

　　JC-3800型相关红外线气体分析器是用来测定空气和流程中混合气体一种组分(如CO、CO2或CH4等气体)的浓度分析仪表。它与常见的红外分析器不同的是利用气体的精细红外吸收光谱图而设计的仪器并采用了先进的气体滤波相关技术(GFC),所以有诸多优点。作为一种新产品正应用于化工、环境监测等行业。

　　2　分析器原理

　　以CO介质为例,CO气体的特征吸收波长是4.65μm。图1是在4.65μm处的精细吸收光谱图。

　　由图1可见本仪器与常见的红外分析器(如用微音薄膜作检测器),不同之处在于利用了气体的精细红外光谱图而不是整个包罗线。图2是仪器原理示意图。

　　图2中的2是充气滤波相关技术(GFC)中的一个关键部件。GFC技术是基于待测气体与混合气体的红外精细吸收光谱的比较。使用一个充有超高纯度待测气体的滤波室在光路中旋转就能实现待测气体的GFC技术测量。

　　实际上相关轮2中一半是CO,另一半是N2。当相关轮在马达的带动下旋转,将红外光源的辐射进行调制,即相关轮中的CO和N2信号将轮流进入光路。为了提高仪器的灵敏度和选择性,选用了窄通带光学干涉滤光片,安装在光路系统中,它的中心波长选择在CO的特征吸收峰上即4.65μm处,这样,只有CO特征吸收峰左右极小部分红外光能通过滤光片进入气室,从而大大提高了仪器的灵敏度和选择性。

　　由于相关轮2一边充有超高纯度的CO,它几乎完全吸收了能被CO所能吸收的波长的辐射,其余的部分被通过,而传送到样品室6,6中存在的CO已不再能引起能量的进一步减小,就形成　　一个参比信号。当相关轮中的N2进入光路时,检测器所得到的是完全依赖于样品室6中的CO浓度的分析信号。将这两个信号通过同步分离解调和比较就测出了样品室6中CO浓度变化所引起其它干扰气体,会因为重叠吸收峰带来的吸收也被测出而产生干扰误差。此技术中气体滤波室充有超高纯度的CO,它的吸收光谱图是带状精细光谱(图1),所以即使是干扰气体的重叠吸收干扰,它的精细光谱是绝不完全重合的,所以干扰气体对滤波室中的CO或N2在光路中所带来的影响是近乎相等的,其误差就会抵消。所以本仪器和常见的红外线分析器相比它有很好的抗干扰能力。JC-3800分析器在测微量的CO时,共存在CO中的CO2和H2O蒸气虽然有重叠吸收现象,但误差却很小,这是仪器的最大优点。

　　AGC放大器8将硒化铅接收的一个参比信号和分析信号同时放大后进入同步分离器9,由逻辑电路5产生的解调脉冲将这二信号分开,然后由差动放大器实现相减,得到CO浓度变化所引起的差值,再经线性化电路11后由数字表12直接显示出CO的浓度。为了便于记录仪直观反映浓度,仪器直流输出0 ~ 5 V线性对应了0~500 ppm值,这是仪器的又一优点。