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Sensor infrarrojo no dispersivo

Un sensor infrarrojo no dispersivo (o sensor NDIR ) es un sensor espectroscópico simple que se utiliza a menudo como detector de gases . No es dispersivo en el hecho de que no se utiliza ningún elemento dispersivo (por ejemplo, un prisma o una rejilla de difracción como suele estar presente en otros espectrómetros ) para separar (como un monocromador ) la luz de banda ancha en un espectro estrecho adecuado para la detección de gases. La mayoría de los sensores NDIR utilizan una fuente de lámpara de banda ancha y un filtro óptico para seleccionar una región espectral de banda estrecha que se superpone con la región de absorción del gas de interés. En este contexto, un ancho de banda estrecho puede ser de 50 a 300 nm. Los sensores NDIR modernos pueden utilizar sistemas microelectromecánicos (MEM) o fuentes LED de infrarrojos medios , con o sin filtro óptico .

Analizador NDIR con un tubo doble para CO y otro tubo doble para hidrocarburos

Principio

Los componentes principales de un sensor NDIR son una fuente (lámpara) de infrarrojos (IR), una cámara de muestra o tubo de luz , un filtro de luz y un detector de infrarrojos . La luz IR se dirige a través de la cámara de muestra hacia el detector. Paralelamente hay otra cámara con un gas de referencia cerrado, normalmente nitrógeno . El gas en la cámara de muestra provoca la absorción de longitudes de onda específicas de acuerdo con la ley de Beer-Lambert , y el detector mide la atenuación de estas longitudes de onda para determinar la concentración de gas. El detector tiene un filtro óptico delante que elimina toda la luz excepto la longitud de onda que las moléculas de gas seleccionadas pueden absorber.

Idealmente, otras moléculas de gas no absorben la luz a esta longitud de onda y no afectan la cantidad de luz que llega al detector; sin embargo, es inevitable cierta sensibilidad cruzada. [1] Por ejemplo, muchas mediciones en el área IR tienen sensibilidad cruzada al H 2 O, por lo que gases como CO 2 , SO 2 y NO 2 a menudo inician sensibilidad cruzada en concentraciones bajas. [ cita necesaria ] [2]

La señal IR de la fuente generalmente se corta o modula para que las señales térmicas de fondo puedan compensarse de la señal deseada. [3]

Los sensores NDIR para dióxido de carbono se encuentran a menudo en unidades de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC).

Las configuraciones con múltiples filtros, ya sea en sensores individuales o en una rueda giratoria, permiten la medición simultánea en varias longitudes de onda elegidas.

La espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), una tecnología más compleja, escanea una amplia parte del espectro y mide muchas especies absorbentes simultáneamente.

Investigación

Las fuentes de infrarrojos en miniatura basadas en sistemas microelectromecánicos (MEMS) se han aplicado experimentalmente a los sistemas NDIR desde 2006 y son útiles desde 2016. La baja energía de la emisión de MEMS significa que se necesita un circuito detector sensible basado en amplificación de bloqueo. [4] Otros detectores útiles incluyen el sensor de gas fotoacústico que utiliza un micrófono MEMS para detectar interacciones IR-gas. [5]

Gases y sus longitudes de onda de detección.

Espectros de absorción en el infrarrojo medio de algunos gases [5]

Los gases no tienen una longitud de onda de detección específica, sino que hay regiones del espectro IR donde normalmente hay miles de líneas de absorción muy espaciadas. Consulte la base de datos de Hitran para obtener más información.

Aplicaciones

Referencias

  1. ^ "Fuentes de luz del sensor de gas NDIR". Tecnologías de la luz internacionales . Archivado desde el original el 5 de diciembre de 2012 . Consultado el 9 de mayo de 2016 .
  2. ^ Título 40: Protección del medio ambiente, Parte 1065 — Procedimientos de prueba de motores, Subparte D — Calibraciones y verificaciones, §1065.350 Verificación de interferencia de H2O para analizadores NDIR de CO2
  3. ^ Seitz, Jason; Tong, Chenan (mayo de 2013). SNAA207 - Sistema de detección de gas CO2 NDIR LMP91051 (PDF) . Instrumentos Texas.
  4. ^ Vicente, TA; Gardner, JW (noviembre de 2016). "Un sistema NDIR basado en MEMS de bajo costo para el seguimiento del análisis de dióxido de carbono en el aliento a niveles de ppm". Sensores y Actuadores B: Químicos . 236 : 954–964. doi :10.1016/j.snb.2016.04.016.
  5. ^ ab Popa, Daniel; Udrea, Florin (4 de mayo de 2019). "Hacia sensores de gas integrados de infrarrojo medio". Sensores . 19 (9): 2076. Código Bib : 2019Senso..19.2076P. doi : 10.3390/s19092076 . PMC 6539445 . PMID  31060244. 
  6. ^ abcdefghijklmnopqrstu vwx Korotcenkov, Ghenadii (18 de septiembre de 2013). Manual de materiales para sensores de gas: propiedades, ventajas y desventajas para aplicaciones Volumen 1: Enfoques convencionales. Medios de ciencia y negocios de Springer. ISBN 9781461471653. Consultado el 16 de abril de 2018 a través de Google Books.
  7. ^ Tecnologías abcdef, Jason Palidwar, Iridian Spectral. "Los filtros ópticos abren nuevos usos para los sistemas MWIR y LWIR". fotónica.com . Consultado el 16 de abril de 2018 .{{cite web}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  8. ^ "Copia archivada". Archivado desde el original el 16 de septiembre de 2017 . Consultado el 16 de enero de 2020 .{{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace )
  9. ^ Montgomery, Tami A.; Samuelsen, Gary S.; Muzio, Lawrence J. (1989). "Análisis infrarrojo continuo de N2O en productos de combustión". Revista de la Asociación de Gestión de Residuos y Aire . 39 (5): 721–726. doi :10.1080/08940630.1989.10466559. S2CID  56277453.
  10. ^ abc "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 24 de febrero de 2018 . Consultado el 16 de enero de 2020 .{{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace )

enlaces externos