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致力于遏制全球變暖的一種新型紅外甲烷傳感器
2022-05-12 14:58:28
致力于遏制全球變暖的一種新型紅外甲烷傳感器
氣候變化以及控制和減少空氣污染因其對(duì)環(huán)境和健康的長(zhǎng)期影響而在全球越來(lái)越受到關(guān)注。新冠狀病毒大流行提高了人們對(duì)環(huán)境以及我們的行為和活動(dòng)對(duì)周圍世界的影響的認(rèn)識(shí)。污染對(duì)環(huán)境和我們的健康有直接性的重大影響。造成室內(nèi)空氣質(zhì)量差的污染與許多健康問(wèn)題有關(guān)，如肺病、心臟病和中風(fēng)。
雖然其中一些污染物氣體有自然來(lái)源，但環(huán)境污染的主要來(lái)源是人類活動(dòng)造成的，如化石燃料的生產(chǎn)和使用、廢物處理、農(nóng)業(yè)、交通和工業(yè)加工。集約化農(nóng)業(yè)的影響對(duì)環(huán)境有重大影響，如熱帶雨林植過(guò)度砍伐被夷為平地，人們轉(zhuǎn)而放牧，同時(shí)還會(huì)造成環(huán)境破。
世界各國(guó)政府正開始形成立法框架，以控制并隨后減少導(dǎo)致氣候變化和污染氣體排放的活動(dòng)。越來(lái)越多國(guó)家已將溫室氣體減排的重點(diǎn)放在甲烷上。美國(guó)拜登政府在10月11日宣布，32個(gè)國(guó)家已加入美國(guó)的行列，承諾減少甲烷排放。除美國(guó)和歐盟國(guó)家外，還包括加拿大、印度尼西亞、巴基斯坦、墨西哥、尼日利亞、阿根廷和伊拉克這些國(guó)家。在立法的基礎(chǔ)上，必須有一種監(jiān)測(cè)污染物氣體的有效方法，具有足夠的保真度和專一性，以便能夠查明來(lái)源并采取行動(dòng)加以控制。監(jiān)測(cè)這些污染源的排放成為控制和減少空氣污染的第一步和關(guān)鍵步驟。
天然氣主要是甲烷，是家庭和工業(yè)的主要能源。它不僅是全球變暖的一個(gè)因素，由于爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，它也有潛在的危險(xiǎn)。
在所有情況下，我們都非常希望有一種精確、低成本、低功耗、緊湊的傳感器，能夠在不需要昂貴基礎(chǔ)設(shè)施的情況下部署。這意味著需要無(wú)線連接設(shè)備，適合長(zhǎng)期無(wú)人看管的電池供電，可以在靠近氣源的高度本地化的方式使用。
目前已有幾種測(cè)量甲烷的技術(shù)，但由于成本、尺寸和電力需求等原因，沒(méi)有一種技術(shù)適合大規(guī)模部署。基于氣相色譜和質(zhì)譜的產(chǎn)品體積大，價(jià)格昂貴;電化學(xué)傳感器體積小，但壽命有限，通常反應(yīng)緩慢;而基于激光的光譜學(xué)產(chǎn)品體積小，但價(jià)格昂貴，耗電量大。其他的技術(shù)，如射石，是經(jīng)濟(jì)有效的，但很容易中毒，消耗太多的電力，必須定期更換。
對(duì)于氣體傳感解決方案，解決這個(gè)問(wèn)題的方法是開發(fā)一種超低功率甲烷傳感器，適用于電池供電設(shè)備。這是通過(guò)兩項(xiàng)前端技術(shù)實(shí)現(xiàn)的;超亮發(fā)光二極管(led)和非色散紅外(NDIR)擴(kuò)散技術(shù)。
甲烷傳感器設(shè)計(jì)架構(gòu)開發(fā)甲烷傳感器體系結(jié)構(gòu)的主要目標(biāo)是克服兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)如上所述，減輕水蒸氣對(duì)測(cè)量精度的影響，另一個(gè)是消除漂移，這是所有NDIR傳感器固有的問(wèn)題。用雙通道結(jié)構(gòu)，一個(gè)作為主信號(hào)通道，另一個(gè)作為參考通道，用于測(cè)量測(cè)量氣體的傳感器特性。
光源LED經(jīng)過(guò)光譜濾波，以消除由于水的存在而在主信號(hào)通道中被吸收而產(chǎn)生的串?dāng)_的影響。參考通道探測(cè)器檢測(cè)由水和甲烷氣體引起的信號(hào)。通過(guò)比較信號(hào)通道和參考通道的信號(hào)，即使目標(biāo)氣體中的非凝結(jié)濕度非常高，也可以消除水對(duì)甲烷測(cè)量的影響。
這種架構(gòu)也在很大程度上消除了單通道NDIR傳感器固有的基線漂移。雖然所有的GSS傳感器都在工廠進(jìn)行了多個(gè)濃度水平的精度校準(zhǔn)，但在使用中，傳感器的基準(zhǔn)參考水平會(huì)由于光學(xué)表面的變化、傳感器內(nèi)污垢的積累和其他降解而發(fā)生變化。傳感器參考電平的變化可以用一個(gè)稱為置零的過(guò)程來(lái)抵消。這會(huì)將傳感器復(fù)位到一個(gè)定義的濃度水平。
甲烷傳感器設(shè)計(jì)目標(biāo)GSS以提供超低功耗紅外傳感器而聞名，能夠集成到電池供電的無(wú)線連接環(huán)境監(jiān)測(cè)器中，無(wú)需用戶干預(yù)即可運(yùn)行數(shù)年。這種低功率傳感器方面的專業(yè)知識(shí)直接影響了新型甲烷傳感器的開發(fā)。利用超亮調(diào)諧led，超高效率的光學(xué)測(cè)量室和驅(qū)動(dòng)電子，新的傳感器結(jié)合了優(yōu)異的功耗和卓越的精度，不僅在環(huán)境條件下，而且在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通常經(jīng)歷的真實(shí)環(huán)境范圍內(nèi)。
FlameIR-ME1
GSS FlameIR-ME1 CH4傳感器幾乎在瞬間打開并開始測(cè)量，初始讀數(shù)在1.28秒內(nèi)報(bào)告。雖然主動(dòng)傳感器的功耗已經(jīng)處于前沿水平，但通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行功率循環(huán)，即暫時(shí)打開設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，然后在此期間關(guān)閉電源，可以顯著降低平均功耗。這種策略通常用于氣體濃度變化相對(duì)較慢的無(wú)線連接和電池供電監(jiān)測(cè)應(yīng)用。
新的傳感器將在工廠對(duì)甲烷進(jìn)行校準(zhǔn)，但也可以重新校準(zhǔn)，以測(cè)量其他易燃?xì)怏w混合物。無(wú)論選擇何種校準(zhǔn)，傳感器都可以完全自主地通過(guò)數(shù)字接口或使用模擬輸出發(fā)送測(cè)量值。該傳感器不需要在使用中校準(zhǔn)。然而，每年的基線設(shè)置可能需要根據(jù)用戶的精度要求。甲烷傳感器的應(yīng)用基于LED的甲烷傳感器在許多應(yīng)用中都具有突破性的性能。它功耗低、響應(yīng)時(shí)間快，適合于穿戴式安全監(jiān)測(cè)設(shè)備。
對(duì)于需要長(zhǎng)期無(wú)人操作的遠(yuǎn)程泄漏檢測(cè)系統(tǒng)，新型甲烷傳感器是新一代無(wú)線電池供電設(shè)備的理想匹配。在廣泛的現(xiàn)實(shí)環(huán)境條件下，優(yōu)越的測(cè)量精度使用戶能夠保證部署傳感器時(shí)得到數(shù)據(jù)的完整性英國(guó)GSS
甲烷傳感器 CH4傳感器 FlameIR-ME1 特點(diǎn)：
固態(tài)NDIR LED光學(xué)技術(shù)
0.01%的典型測(cè)量精度
超低功耗，一般平均小于5mW
高度壓力補(bǔ)償
模擬或數(shù)字CH4測(cè)量
I2C或UART數(shù)字接口
內(nèi)置零點(diǎn)跟蹤和自動(dòng)校準(zhǔn)
實(shí)時(shí)溫度校正
