ลองจินตนาการว่าตัวเองอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เต็มไปด้วยก๊าซที่ไม่รู้จัก คุณสามารถระบุอันตรายที่เป็นไปได้หรือองค์ประกอบสําคัญได้อย่างรวดเร็วและแม่นยําอย่างไร?สเปคตรอสโครปี้อินฟราเรด (IR) มีบทบาทสําคัญในการตรวจจับก๊าซ เนื่องจากความสามารถ "การจดหมายลายนิ้วมือ" ที่เป็นพิเศษโมเลกุลก๊าซหลายอันมีช่วงการดูดซึมลักษณะที่แคบและไม่ซ้อนกันในภูมิภาคสีอินฟราเรด (2μm ถึง 20μm)ทําให้เซ็นเซอร์ IR สามารถจับและระบุก๊าซเฉพาะอย่างแม่นยํา เช่นเครื่องมือวินิจฉัย.

ความรู้สึกเลือกนี้ทําให้เซ็นเซอร์ก๊าซอินฟราเรดสามารถตรวจจับก๊าซหรือประเภทก๊าซเฉพาะอย่างแม่นยําหมายความว่าสัญญาณยังคงอยู่ แม้จะมีปริมาณก๊าซไม่สูงคุณลักษณะ "การมีสัญญาณเท่ากับไม่มีความล้มเหลว" นี้ให้เซ็นเซอร์ก๊าซอินฟราเรดกับข้อดี "ความล้มเหลวที่ปลอดภัย" ที่มีอยู่ภายใน, เสริมความน่าเชื่อถือของระบบอย่างสําคัญ

ระบบเซ็นเซอร์ก๊าซอินฟราเรดทางการค้าทั่วไปคือการบูรณาการที่ซับซ้อนขององค์ประกอบสําคัญหลายองค์:

• แหล่งอินฟราเรด:ออกรังสี IR ในความยาวคลื่นเฉพาะเจาะจง สร้างพื้นฐานสําหรับการวิเคราะห์สายสี
• ก๊าซเซลล์/เส้นทาง:ห้องที่ก๊าซตัวอย่างปฏิสัมพันธ์กับแสงอินฟราเรด
• อุปกรณ์เลือกความยาวคลื่น:ส่วนประกอบหลักที่แยกหรือกรองความยาวคลื่น IR ที่เฉพาะเจาะจงที่ตรงกับลักษณะการดูดซึมแก๊สเป้าหมาย
• เครื่องตรวจจับ:เปลี่ยนรังสี IR ที่ส่งไปเป็นสัญญาณไฟฟ้า
• องค์ประกอบทางแสง:เลนส์หรือกระจกที่นําแสง IR จากแหล่งไปยังเซลล์แก๊สได้อย่างมีประสิทธิภาพ และโฟกัสมันบนตัวตรวจจับ

กระแสการทํางานเริ่มต้นเมื่อแสง IR ผ่านห้องตัวอย่างก๊าซ เมื่อรังสีถึงตัวตรวจจับ ความเข้มของมันลดลงเนื่องจากการดูดซึมก๊าซในความยาวคลื่นเฉพาะหากก๊าซเป้าหมายมีอยู่, เครื่องตรวจจับจะบันทึกความเข้มข้นของสัญญาณที่ลดลง; ในทางตรงกันข้าม, ความเข้มข้นของสัญญาณสูงสุดแสดงความเข้มข้นศูนย์.

ที่สําคัญในการตรวจจับก๊าซอย่างแม่นยํา คือการเลือกความยาวคลื่นแนวทางประเพณีใช้องค์ประกอบกระจาย เช่น พริซมหรือเครือข่ายการกระจาย เพื่อแยกแสง IR แบรนด์แบนด์เป็นระยะยาว." อย่างไรก็ตาม การวิจัย (Jacquinot P. 1954 J. Opt. Soc. Amer. 44, 761-765) แสดงให้เห็นว่าเครื่องกรองออปติกส์มีผลดีกว่าวิธีการกระจายในช่วงความสว่าง IR

เครื่องกรองแสงถ่ายทอดระยะคลื่นเป้าหมายอย่างแม่นยําในขณะที่กักขวางอื่น ๆ แนวทาง "อินฟราเรดที่ไม่กระจาย" (NDIR) นี้บรรลุการแยกระยะคลื่นด้วยประสิทธิภาพที่ไม่ธรรมดา000 เท่าของเครือข่ายการสับสน และ 100ข้อดีเหล่านี้ได้ตั้ง NDIR เป็นเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าในเซ็นเซอร์แก๊ส IR ที่ทันสมัย

ถึงแม้จะมีข้อดีทางทฤษฎี แต่เซ็นเซอร์ NDIR ในการใช้งานจริงต้องเผชิญกับปัจจัยหลายอย่างที่ไม่ใช่เป้าหมายที่สามารถนําความผิดพลาดในการวัดเข้ามา:

• ความสับสนของแหล่งแสง:ความแตกต่างในผลิตของเครื่องปล่อย IR เนื่องจากอุณหภูมิหรือการแก่ตัว
• การทําลายของกรอง:การเปลี่ยนแปลงในการถ่ายส่งกรองแสงตามเวลาหรือเนื่องจากปัจจัยสิ่งแวดล้อม
• เครื่องตรวจจับการเคลื่อนไหว:ความแตกต่างของความรู้สึกในตัวตรวจจับที่เกิดจากอุณหภูมิหรือระยะเวลาการทํางาน
• เสียงอิเล็กทรอนิกส์:การขัดขวางสัญญาณจากวงจรเซ็นเซอร์
• การปนเปื้อนทางแสง:ฝุ่นหรือฝังบนพื้นผิวทางออทติก ที่ทําให้การถ่ายส่ง IR ลดลง

เพื่อแก้ไขแหล่งความผิดพลาดเหล่านี้ เครื่องตรวจจับ NDIR ใช้การออกแบบช่องสองช่องที่มีความฉลาด ซึ่งรวมช่องการวัดและช่องมาตรฐานเครื่องกรองช่องมาตรฐานส่งความยาวคลื่นที่อยู่ใกล้กับช่วงการดูดซึมก๊าซเป้าหมายโดยการคํานวณอัตราส่วนระหว่างสัญญาณวัดและสัญญาณอ้างอิงแหล่งความผิดพลาดทั่วไปเหล่านี้ถูกยกเลิกอย่างมีประสิทธิภาพ, ผลิตมาตรการที่มั่นคงและน่าเชื่อถือ

การออกแบบ NDIR ที่ทันสมัยเพิ่มความแม่นยํามากขึ้น โดยการรับประกันเส้นทางรังสีที่เหมือนกันสําหรับช่องทั้งสองช่อง, ลดความผิดพลาดจากการปนเปื้อนทางออทติกไม่เท่าเทียมเมื่อรวมกับแหล่งแสงที่ปรับปรุงด้วยอิเล็กทรอนิกส์ และอัลการิทึมการประมวลผลสัญญาณดิจิตอลที่ทันสมัย, ระบบเหล่านี้ได้รับความมั่นคงและความน่าเชื่อถือที่ยาวนานที่พิเศษในแอพพลิเคชั่นการตรวจจับก๊าซ