淺析工業低功耗紅外氣體濃度傳感器和常規鎢絲燈氣體濃度傳感器的工作原理及其區別

上圖是我們紅外原理氣體傳感器的外觀

紅外原理甲烷、CO2、氟利昂（R134a/R32/R507a等）、SF6、乙炔、笑氣傳感器都是根據朗格比爾定律，通過特定氣體如甲烷CH4對特定波長的光3.7μm有吸收來判斷的氣體濃度，如下圖所示。下圖結構包括一個鎢絲燈、兩個濾光片（分辨過濾出3.7μm的檢測光和4μm的參比光，其中4微米的參比光不被待測氣體所吸收）、反射光路組成。

當光路中有甲烷的時候，檢測光被甲烷氣體吸收， 根據ACTIVE PYROELECTRIC DETECTOR與REFERENCE PYROELECTRIC DETECTOR之間的信號差，來判斷甲烷氣體的濃度。

差分吸收技術始終根據參考測量值對目標氣體進行監測，從而減弱了由于對其他氣體的響應、源老化或光學表面污染而導致的背景失真的影響。當紅外光束中存在污染物或源隨時間衰減時，有源通道和參考通道的衰減相同。

以此原理為基礎，再加上溫度傳感器和溫度補償算法，通過數字串口，在工業溫度范圍內輸出線性信號。如下圖所示：

至此，紅外傳感器基本就已經完成了，寬溫度范圍，防爆設計，基本可以應用在工業各個領域。

這種鎢絲燈做成的紅外傳感器，因為燈泡功耗高，通常電流在15mA~80mA左右。對與工業24V供電的項目來說還是比較合適的，但是有些電池供電的無線傳輸儀表，就會對功耗有要求。越低的功耗，對電池的要求就會越低。那么，市面上就有了超低功耗紅外傳感器的需求。想要降低功耗，首先就要把高耗電的鎢絲燈替換成功率更低的LED燈泡。那么，LED低功耗的傳感器與鎢絲燈常規功耗的傳感器有產生了區別。

LED燈的低功耗紅外傳感器只能把參比探測器REFERENCE PYROELECTRIC DETECTOR放置到燈泡內部，只能解決一個燈源衰減變化造成的零點漂移或者線性漂移，對與光路污染造成的漂移無可奈何，而且LED燈泡溫度低，較容易結露，然而結露正是紅外傳感器最大的天敵，所以超低功耗傳感器只能增加了兩個方面來對這兩個漏洞進行修補，一是增加了周期性自動找零功能，而是增加了濕度傳感器和濕度算法，解決結露造成的紅外傳感器誤報警問題。

所以如果是24V在線式電源供電，那么用常規功耗紅外傳感器較為穩定。如果電池供電，那么LED燈結構的低功耗紅外傳感器在通過找零和濕度算法的作用下，也可以解決很大一部分問題。

審核編輯 黃宇