探讨一种新型红外气体分析装置的硬件设计

　　在我们的生产生活中,气体无处不在,与我们生活息息相关。气体的检测对工业的生产、能源的利用、环境的监测以及对安全的控制等都有重要意义。目前,在对气体检测的众多方法中,红外气体分析法以自身较高的分辨率、精确的测量、耗费较低以及简单的操作等优点,受到了人们的青睐,成为当前应用最为广泛的气体分析方法。

　　目前,我国由于资金技术等方面的原因,红外气体分析仪器相关方面的发展比较落后,大部分精密、大型的红外气体分析装置仪器都依赖于从国外进口,而在国内只有很少的几家工厂能够生产红外气体分析装置仪器。国内的红外气体分析仪器多数是用镍铬丝作为辐射源,精确度不是很高,并且在防震、密封以及可靠性等多方面都有不少缺陷。文本介绍的是一种新型的红外气体分析装置的硬件设计。这个装置使用的是电调制脉冲红外光源和四元热电堆探测器,处理器是TMS320F240 DSP,显示器是图形液晶显示型模型。这种新型的装置可以同时测量气体中的一氧化碳、二氧化碳以及碳氢化合物三种成分的浓度,使用起来也很简单方便,而且精确度比较高,稳定性较好,抗干扰能力也比较强。下面,本文就对这种新型分体分析装置的硬件设计方面展开分析探讨。

　　1 传感器系统的设计

　　1 . 1 光源以及驱动电路

　　选择合适的红外光源,首先要考虑到光源发光的波长要覆盖全部待测气体的吸收波长,其次还是注意光源的功率要大一些,以方便使用。综合各个方面的因素,新型红外气体分析装置设计选择的是IRL715红外线光源。因为这种光源的的可靠性比较高,寿 命 将 达 到40000h,输 出 功 率 将 达500mW,完全可以满足分析二氧化碳、一氧化碳以及碳氢化合物的需要。我们知道,红外探测仪对光强变化是十分敏感的,但是对光的绝对强度却不那么敏感,因此我们要调制红外光源。本文介绍的新型红外气体分析装置,通过微处理器输出PWM来操控红外光源脉动式开关,从而达到对光强的调制。

　　1 . 2 热电推探测仪

　　这种新型的红外气体分析装置的探测仪选用的是生产自德国Perkinelmer公司的TPS4339四元热电堆探测仪。这种传感器是专门为了分析多组份气体而设计的。其中的四个单元中的每一个都装置了中心波 长 是 4.43μm、4.66μm、3.46μ m、3 .9 3 μ m 的 窄 带 干 涉 型 滤 光 片 。其 中 的4.43μm、4.66μm、3.46μm分别对应的是二氧化碳、一氧化碳以及碳氢化合物的特征吸收波长。3.93μm是一个参考波长,在这个参考波长段内,二氧化碳、一氧化碳、以及碳氢化合物都无吸收峰,因此用它来作参考,可以消除由于杂散气体吸收以及光源光强波动带来的干扰,与此同时,这种探测仪还自带了一个有很高精确度的热敏电阻,这就可以用来测量环境温度。