紅外氣體傳感器在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主要問題

　　高精度紅外氣體傳感器采用紅外發(fā)光二極管為光源的氣體傳感器，在光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中需要考慮如下五種干擾對測量的影響。
 

　　(1)溫度的影響。發(fā)光二極管的發(fā)射強(qiáng)度和峰值發(fā)射波長是隨溫度變化的，在適中的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，波長的位移并不大(<3nm/)，但發(fā)射強(qiáng)度的變化卻很明顯。此外，在高精度紅外氣體傳感器中常用的硫化鉛或硒化鉛探測器本身同溫度有很大的相關(guān)性，這種相關(guān)性一般>1%/31。
 

　　(2)由發(fā)光二極管輸出功率波動(dòng)和探測器響應(yīng)度變化產(chǎn)生的信號波動(dòng)。高精度紅外氣體傳感器必須補(bǔ)償在長期連續(xù)工作中由于發(fā)光二極管輸出功率波動(dòng)和探測器響應(yīng)度變化而引起的信號波動(dòng)141。由于器件加熱，所以發(fā)光二極管的輸出基本上與電流成正比，并且隨電流脈沖的寬度和重復(fù)速率而變化。
 

　　(3)光譜特性。紅外發(fā)光二極管光譜半寬度(FWHM)是在0.13um(峰值波長為2.0μm)至0.64μm(峰值波長在為4.4um)范圍內(nèi)，這樣的帶寬已超過許多氣體的吸收特征帶寬。作為結(jié)果，透過氣體的輻射強(qiáng)度是強(qiáng)烈吸收波長處與微弱吸收波長處的輻射強(qiáng)度之和。所產(chǎn)生的信號因此被沖淡了，并且偏離了Lambert-Beer定律。
 

　　(4)由灰塵和光學(xué)元件的磨損而引起的氣室透射率的變化。高精度紅外氣體傳感器長期工作在空氣環(huán)境中，盡管可以采用適當(dāng)?shù)姆缐m措施，但是還會(huì)有一部分細(xì)微粉塵進(jìn)入氣室，并且會(huì)沉積在窗口上影響透射比。另外定期清洗氣室，也會(huì)造成光學(xué)器件的磨損，影響氣室的透光能力。所以在光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，必須考慮由灰塵和光學(xué)元件的磨損而引起的氣室透射率的變化對測量的影響。
 

　　(5)探測器的失配問題。采用兩個(gè)或兩個(gè)以上探測器的系統(tǒng)依賴于所選用探測器各種特性的良好匹配。探測器的失配會(huì)導(dǎo)致信號的漂移，帶來測量誤差。例如，同一批生產(chǎn)的PbSe探測器的溫度系數(shù)差異就可能大于5%。所以在選用時(shí)，必須進(jìn)行測試和配對。在光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中也可以采取適當(dāng)?shù)拇胧?，消除探測器失配給測量帶來的影響。