浅析工业低功耗红外气体浓度传感器和常规钨丝灯气体浓度传感器的工作原理及其区别

浅析工业低功耗红外气体浓度传感器和常规钨丝灯气体浓度传感器的工作原理及其区别

上图是我们红外原理气体传感器的外观

红外原理甲烷、CO2、氟利昂（R134a/R32/R507a等）、SF6、乙炔、笑气传感器都是根据朗格比尔定律，通过特定气体如甲烷CH4对特定波长的光3.7μm有吸收来判断的气体浓度，如下图所示。下图结构包括一个钨丝灯、两个滤光片（分辨过滤出3.7μm的检测光和4μm的参比光，其中4微米的参比光不被待测气体所吸收）、反射光路组成。

当光路中有甲烷的时候，检测光被甲烷气体吸收， 根据ACTIVE PYROELECTRIC DETECTOR与REFERENCE PYROELECTRIC DETECTOR之间的信号差，来判断甲烷气体的浓度。

差分吸收技术始终根据参考测量值对目标气体进行监测，从而减弱了由于对其他气体的响应、源老化或光学表面污染而导致的背景失真的影响。当红外光束中存在污染物或源随时间衰减时，有源通道和参考通道的衰减相同。

以此原理为基础，再加上温度传感器和温度补偿算法，通过数字串口，在工业温度范围内输出线性信号。如下图所示：

至此，红外传感器基本就已经完成了，宽温度范围，防爆设计，基本可以应用在工业各个领域。

这种钨丝灯做成的红外传感器，因为灯泡功耗高，通常电流在15mA~80mA左右。对与工业24V供电的项目来说还是比较合适的，但是有些电池供电的无线传输仪表，就会对功耗有要求。越低的功耗，对电池的要求就会越低。那么，市面上就有了超低功耗红外传感器的需求。想要降低功耗，首先就要把高耗电的钨丝灯替换成功率更低的LED灯泡。那么，LED低功耗的传感器与钨丝灯常规功耗的传感器有产生了区别。

LED灯的低功耗红外传感器只能把参比探测器REFERENCE PYROELECTRIC DETECTOR放置到灯泡内部，只能解决一个灯源衰减变化造成的零点漂移或者线性漂移，对与光路污染造成的漂移无可奈何，而且LED灯泡温度低，较容易结露，然而结露正是红外传感器最大的天敌，所以超低功耗传感器只能增加了两个方面来对这两个漏洞进行修补，一是增加了周期性自动找零功能，而是增加了湿度传感器和湿度算法，解决结露造成的红外传感器误报警问题。

所以如果是24V在线式电源供电，那么用常规功耗红外传感器较为稳定。如果电池供电，那么LED灯结构的低功耗红外传感器在通过找零和湿度算法的作用下，也可以解决很大一部分问题。

审核编辑 黄宇