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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環(huán)境和健康的長期影響而在全球越來越受到關(guān)注,。新冠狀病毒大流行提高了人們對環(huán)境以及我們的行為和活動對周圍世界的影響的認(rèn)識,。污染對環(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源,,但環(huán)境污染的主要來源是人類活動造成的,,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)的影響對環(huán)境有重大影響,,如熱帶雨林植過度砍伐被夷為平地,人們轉(zhuǎn)而放牧,,同時(shí)還會造成環(huán)境破,。
世界各國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,。越來越多國家已將溫室氣體減排的重點(diǎn)放在甲烷上,。美國拜登政府在10月11日宣布,32個(gè)國家已加入美國的行列,,承諾減少甲烷排放,。除美國和歐盟國家外,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家。在立法的基礎(chǔ)上,,必須有一種監(jiān)測污染物氣體的有效方法,,具有足夠的保真度和專一性,以便能夠查明來源并采取行動加以控制,。監(jiān)測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。這意味著需要無線連接設(shè)備,,適合長期無人看管的電池供電,,可以在靠近氣源的高度本地化的方式使用。
目前已有幾種測量甲烷的技術(shù),,但由于成本,、尺寸和電力需求等原因,沒有一種技術(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。
對于氣體傳感解決方案,,解決這個(gè)問題的方法是開發(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)問題,,一個(gè)如上所述,減輕水蒸氣對測量精度的影響,,另一個(gè)是消除漂移,,這是所有NDIR傳感器固有的問題。用雙通道結(jié)構(gòu),,一個(gè)作為主信號通道,,另一個(gè)作為參考通道,用于測量測量氣體的傳感器特性。
光源LED經(jīng)過光譜濾波,,以消除由于水的存在而在主信號通道中被吸收而產(chǎn)生的串?dāng)_的影響,。參考通道探測器檢測由水和甲烷氣體引起的信號。通過比較信號通道和參考通道的信號,,即使目標(biāo)氣體中的非凝結(jié)濕度非常高,,也可以消除水對甲烷測量的影響。
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)稱為置零的過程來抵消。這會將傳感器復(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線連接環(huán)境監(jiān)測器中,無需用戶干預(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)測量室和驅(qū)動電子,,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量,,初始讀數(shù)在1.28秒內(nèi)報(bào)告。雖然主動傳感器的功耗已經(jīng)處于前沿水平,,但通過對設(shè)備進(jìn)行功率循環(huán),,即暫時(shí)打開設(shè)備進(jìn)行測量,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較慢的無線連接和電池供電監(jiān)測應(yīng)用。
新的傳感器將在工廠對甲烷進(jìn)行校準(zhǔn),,但也可以重新校準(zhǔn),,以測量其他易燃?xì)怏w混合物。無論選擇何種校準(zhǔn),,傳感器都可以完全自主地通過數(shù)字接口或使用模擬輸出發(fā)送測量值,。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)測設(shè)備,。
對于需要長期無人操作的遠(yuǎn)程泄漏檢測系統(tǒng),新型甲烷傳感器是新一代無線電池供電設(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測量
I2C或UART數(shù)字接口
內(nèi)置零點(diǎn)跟蹤和自動校準(zhǔn)
實(shí)時(shí)溫度校正