將紅外氣體傳感器應(yīng)用在現(xiàn)有的催化燃燒原理氣體檢測(cè)儀上，快速替換催化燃燒原理傳感器，使氣體檢測(cè)設(shè)備廠家迅速得到換代升級(jí)產(chǎn)品，完成從催化燃燒原理到紅外檢測(cè)原理的轉(zhuǎn)變，向用戶提供高穩(wěn)定性、抗干擾能力強(qiáng)、長壽命的紅外檢測(cè)原理高端產(chǎn)品。Dynament非色散紅外傳感器的推出將轉(zhuǎn)變可燃性氣體和CO2 檢測(cè)的價(jià)值觀念并整體提高檢測(cè)水平。

　　檢測(cè)可燃性氣體的傳感器有催化燃燒和紅外吸收兩種原理，各生產(chǎn)廠家通常使用催化燃燒原理的傳感器，而很少使用價(jià)格較高，穩(wěn)定性更好，準(zhǔn)確度高，抗干擾能力強(qiáng)，適用惡劣環(huán)境、維護(hù)少、壽命長的紅外檢測(cè)原理傳感器。紅外檢測(cè)原理傳感器一般被視為檢測(cè)可燃性氣體的高端產(chǎn)品。但由于價(jià)格方面的因素，在實(shí)際應(yīng)用中很難替代催化燃燒原理傳感器的檢測(cè)儀，并得以推廣。

　　可燃性氣體的檢測(cè)原理

　　催化燃燒原理傳感器包括一個(gè)惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，電橋測(cè)量橋（鉑金絲電橋）上涂有催化劑。測(cè)量時(shí)，在參比和測(cè)量電橋上施加電壓使之加熱從而發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，溫度大約是500℃或者更高。正常情況下，電橋是平衡的，V1=V2，輸出為零。如果有可燃?xì)怏w存在，它的燃燒反應(yīng)產(chǎn)生熱量，電橋溫度升高、電阻發(fā)生變化，而參比橋不變。兩個(gè)電橋之間產(chǎn)生壓差，輸出一個(gè)電壓信號(hào)，這個(gè)信號(hào)值同被測(cè)氣體的濃度成正比。

　　催化燃燒原理傳感器對(duì)大部分可燃性氣體都產(chǎn)生反應(yīng)，它檢測(cè)的可燃?xì)鉂舛戎凳黔h(huán)境中各種可燃?xì)鉂舛鹊木C合值，同時(shí)這個(gè)燃燒反應(yīng)是一個(gè)需要有氧氣參加的反應(yīng)，即被檢測(cè)環(huán)境中的氧氣含量不能太低，當(dāng)氧氣含量低于16％時(shí)它的檢測(cè)值就會(huì)偏低。另一個(gè)因素是當(dāng)環(huán)境中存在含硅、氯、硫的化合物時(shí)，傳感器會(huì)發(fā)生中毒現(xiàn)象，使檢測(cè)的靈敏度嚴(yán)重降低甚至造成傳感器失效。

　　這種原理傳感器設(shè)計(jì)和制造相對(duì)簡單，因而價(jià)格較低，不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品價(jià)格從幾十元到幾百元，進(jìn)口傳感器每只也僅1000元左右。但傳感器的穩(wěn)定性較差，它只能檢測(cè)低于爆炸下限的可燃?xì)鉂舛龋瑲怏w濃度過高或長時(shí)間接觸低濃度氣體都會(huì)造成傳感器的靈敏度大幅度下降或損壞，正常情況下每半年須用標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)傳感器進(jìn)行一次校準(zhǔn)（在特殊環(huán)境中，如中國的煤礦經(jīng)常存在較低濃度的可燃?xì)?，傳感器須?周校準(zhǔn)測(cè)試一次）。

　　紅外吸收原理檢測(cè)器是利用比耳－朗格紅外吸收定律，即不同氣體對(duì)特定波長的光有吸收，吸收的強(qiáng)度和氣體的濃度成正比。

　　這種紅外原理檢測(cè)器包括紅外光源發(fā)射和紅外光線接收兩部分以及外圍處理電路，各個(gè)生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)思路不同，有對(duì)射式（一個(gè)發(fā)射和一個(gè)接收兩個(gè)部件）和反射式（通過光學(xué)反射鏡將發(fā)射出去的光線反射回來在同一個(gè)部件中）兩種方式。

　　傳統(tǒng)的紅外原理檢測(cè)器之所以不能稱為“傳感器”的原因就是，他們的檢測(cè)元件不是一個(gè)模塊或者說不能成為單獨(dú)的一個(gè)部分，它們的發(fā)射和接收或反射不是在同一個(gè)模塊內(nèi)組成的，而是分成不同的部分，一般體積都較大。因?yàn)榧t外吸收的是特定波長的光線，對(duì)光源或分光部件、光源的強(qiáng)度、穩(wěn)定性的要求都很高，反射、接收部分也是要求極高的光學(xué)部件，因此價(jià)格一般都較為昂貴，所以使用和推廣在很大程度上受到限制。而且光學(xué)部件會(huì)被環(huán)境中的灰塵覆蓋，使透光或反射的強(qiáng)度降低，造成檢測(cè)器的故障報(bào)警，成為這種檢測(cè)器的一大缺陷。

　　非色散紅外原理NDIR（NonDispersiveInfrared）傳感器是最近幾年才面世的一種新技術(shù)。它大大降低了利用紅外原理檢測(cè)可燃性氣體和CO2氣體的成本，也使紅外原理檢測(cè)儀在檢測(cè)可燃性氣體領(lǐng)域的推廣成為可能，而且是今后實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)趨勢(shì)和方向。

　　這里我們稱之為傳感器，是因?yàn)樗捏w積很小，功能穩(wěn)定，完全是一個(gè)可插拔的模塊。

　　非色散紅外原理是應(yīng)用濾光片把紅外光分成所需要的一個(gè)很小波段的光譜線，被檢測(cè)的氣體對(duì)這個(gè)很小波段的光譜線吸收。這樣的傳感器一般包括：一個(gè)紅外發(fā)射光源、光通路（吸收區(qū)）、2個(gè)濾光片分光（1個(gè)檢測(cè)被測(cè)氣體需要的光譜波段、另1個(gè)作為不被被測(cè)氣體吸收的參比光譜波段）和接收轉(zhuǎn)換器幾個(gè)部分。

　　英國Dynament公司研發(fā)的最新型非色散紅外傳感器運(yùn)用了非色散紅外技術(shù)，通過濾光片得到所需要的波段。非色散紅外傳感器改變了傳統(tǒng)紅外檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)，它不再使用單獨(dú)的光學(xué)部件，也沒有單獨(dú)的發(fā)射和接收部分，大大縮小了檢測(cè)儀的體積。非色散紅外傳感器除保持了穩(wěn)定性、抗干擾性和長壽命等優(yōu)點(diǎn)外，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)還避免了粉塵對(duì)檢測(cè)的影響。

　　受價(jià)格因素的影響，目前檢測(cè)可燃性氣體的檢測(cè)儀大部分仍采用催化燃燒原理，與紅外原理檢測(cè)儀比較，其優(yōu)勢(shì)非常明顯（見表1）。

　　研發(fā)生產(chǎn)一種具有全部上述優(yōu)點(diǎn)的紅外原理可燃?xì)怏w檢測(cè)儀，而且又具備競(jìng)爭(zhēng)性價(jià)格，成為氣體檢測(cè)儀表廠家的一個(gè)夢(mèng)想。這也是英國Dynament公司推廣使用非色散紅外原理傳感器的目的，它具有很高的性價(jià)比，對(duì)用戶的要求低，即在原生產(chǎn)的檢測(cè)儀的電路上稍加改動(dòng)就完全把自己的產(chǎn)品更新成先進(jìn)的氣體檢測(cè)儀表，更好的為企業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

　　非色散紅外原理傳感器的技術(shù)難題

　　濾光片是非色散紅外原理傳感器中的主要部件，由幾十層晶體結(jié)構(gòu)組成，它的性能穩(wěn)定性決定了整個(gè)傳感器檢測(cè)的穩(wěn)定性。這種晶體結(jié)構(gòu)的濾光片受溫度的影響很大，所以處理好濾光片受溫度影響的特性決定了傳感器的質(zhì)量。研發(fā)技術(shù)人員通常使用溫度補(bǔ)償功能來解決濾光片受溫度影響的問題，因而傳感器的溫度補(bǔ)償功能成為研發(fā)、生產(chǎn)氣體檢測(cè)儀不可缺少的重要環(huán)節(jié)。由于每個(gè)紅外傳感器的晶體結(jié)構(gòu)的濾光片受溫度變化影響的程度不同，如何做好溫度補(bǔ)償功能成為研發(fā)技術(shù)人員的一大難題。

　　圖2所示，紅外傳感器晶體結(jié)構(gòu)濾光片的溫度補(bǔ)償功能是傳感器能否輸出穩(wěn)定信號(hào)的保證。每個(gè)晶體結(jié)構(gòu)的濾光片的溫度特性都有差異，所以不能按同一溫度特性對(duì)不同的濾光片進(jìn)行相同的溫度特性補(bǔ)償，只有專業(yè)技術(shù)人員通過詳細(xì)的性能檢測(cè)才能確定完成。但是由于溫度特性檢測(cè)是針對(duì)每一個(gè)濾光片進(jìn)行的，很多的專業(yè)生產(chǎn)廠家不能自己完成。目前有些生產(chǎn)紅外傳感器的廠家在傳感器上為用戶提供一個(gè)溫度傳感器信號(hào)和一個(gè)氣體檢測(cè)傳感器信號(hào)，用戶須自己做溫度補(bǔ)償電路、處理溫度傳感器提供的信號(hào)以及對(duì)氣體檢測(cè)傳感器的濾光片進(jìn)行溫度補(bǔ)償。這樣的溫度補(bǔ)償對(duì)用戶仍然是一種挑戰(zhàn)，即使技術(shù)力量很好的用戶也很難做出性能穩(wěn)定的檢測(cè)儀表，這也成為很多生產(chǎn)氣體檢測(cè)儀的廠家對(duì)生產(chǎn)自己的紅外檢測(cè)儀望而卻步的原因。

　　這里我們要介紹的就是自身具有了這種溫度補(bǔ)償功能的非色散紅外原理檢測(cè)傳感器，英國Dynament公司生產(chǎn)的Premier傳感器，將為更多希望擁有紅外檢測(cè)原理的氣體檢測(cè)生產(chǎn)廠家提供可能。

　　快速替換催化燃燒傳感器

　　英國科學(xué)家針對(duì)非色散紅外檢測(cè)傳感器晶體結(jié)構(gòu)濾光片性能穩(wěn)定的技術(shù)難題進(jìn)行了長達(dá)5年多的研究，參與研發(fā)試驗(yàn)的人員包括化學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等眾多技術(shù)專家，終于在2006年將一個(gè)革命性的產(chǎn)品呈現(xiàn)在世人面前，并且用實(shí)驗(yàn)室大樓的名字為這一產(chǎn)品命名——Premier。

　　Premier傳感器將溫度補(bǔ)償部分包括在了自身之內(nèi)。圖3形象的說明Premier傳感器的輸出信號(hào)已經(jīng)得到了溫度補(bǔ)償，傳感器的輸出信號(hào)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用電壓信號(hào)，完全達(dá)到穩(wěn)定、可靠并且不受環(huán)境溫度變化的影響。專業(yè)氣體檢測(cè)儀表生產(chǎn)廠家只需進(jìn)行信號(hào)的處理放大和轉(zhuǎn)換即可完成自身儀表的設(shè)計(jì)。 Premier傳感器還有一種類似于催化燃燒元件電橋形式的型號(hào)，直接用于原來催化燃燒檢測(cè)儀的電路中，即用Premier傳感器直接取代催化燃燒元件的傳感器。

　　Premier傳感器輸出結(jié)構(gòu)簡單，分5插針和3插針兩種，它們分別是正、負(fù)供電極、信號(hào)輸出極和2個(gè)RS232數(shù)字通訊輸出極（圖4）。

　　Premier傳感器采用的電壓為3～5VDC直流供電方式，通電后需要大約1min的預(yù)熱過程，然后正常工作，并輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓信號(hào)供用戶使用。當(dāng)有可燃性氣體存在時(shí)，傳感器輸出與可燃性氣體濃度成正比的電壓信號(hào)。用戶的儀表接收、處理此電壓信號(hào)并顯示數(shù)字信號(hào)表示氣體的濃度值。RS232數(shù)字通信的輸出為用戶直接使用數(shù)字電路提供更大的方便。

　　Premier傳感器投入市場(chǎng)后，立即得到了世界知名氣體檢測(cè)廠家的青睞，短短1年的時(shí)間已有上萬只Premier傳感器運(yùn)用到了氣體檢測(cè)儀器中，并且在實(shí)際運(yùn)行中得到了檢驗(yàn)，被公認(rèn)為是一種高性能、穩(wěn)定、可靠的傳感器產(chǎn)品。更重要的是Premier傳感器大大縮短了氣體檢測(cè)儀表的研發(fā)周期，使新型號(hào)檢測(cè)儀表得以快速投放市場(chǎng)，并且以其卓越的性能贏得用戶的認(rèn)可。

　　Premier傳感器的應(yīng)用

　　在石油、石化、化工和煤礦等領(lǐng)域，數(shù)以萬計(jì)的可燃?xì)怏w檢測(cè)儀（包括便攜或固定安裝型式）在生產(chǎn)中起著安全監(jiān)控的作用。檢測(cè)儀的性能和質(zhì)量是安全監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵，而傳感器是檢測(cè)儀的核心。因此傳感器的可靠性、穩(wěn)定性以及維護(hù)成本必須是用戶在選型時(shí)需要考慮的重要問題，以達(dá)到安全監(jiān)控的目的。近年來隨著安全觀念和重視程度的不斷提高，廣大工業(yè)用戶對(duì)氣體檢測(cè)產(chǎn)品的要求也在不斷提高，在中國已有不少具有很高技術(shù)能力的氣體檢測(cè)廠家應(yīng)運(yùn)而生，眾多的優(yōu)質(zhì)品牌已得到廣大用戶的認(rèn)可。但是紅外原理氣體檢測(cè)儀表仍然是國產(chǎn)氣體檢測(cè)產(chǎn)品的空白，其原因是西方國家對(duì)高質(zhì)量的晶體濾光片的限制，而國內(nèi)的技術(shù)水平還不能達(dá)到生產(chǎn)出高質(zhì)量的、價(jià)格合理的紅外檢測(cè)傳感器。2008年英國Dynament公司開始向中國提供成型的Premier迷你型高質(zhì)量紅外傳感器，這一產(chǎn)品的到來將改變中國氣體檢測(cè)產(chǎn)品的技術(shù)水平和生產(chǎn)水平。相信在不久的將來，中國氣體檢測(cè)產(chǎn)品廠家會(huì)向廣大用戶提供高質(zhì)量的紅外原理檢測(cè)產(chǎn)品，而且具有極高的性價(jià)比，中國的安全監(jiān)控的水平也會(huì)相應(yīng)得到整體的提高。