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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

2021-05-12 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境和健康的長期影響而在全球越來越受到關注。新冠狀病毒大流行提高了人們對環境以及我們的行為和活動對周圍世界的影響的認識。污染對環境和我們的健康有直接性的重大影響。造成室內空氣質量差的污染與許多健康問題有關，如肺病、心臟病和中風。


雖然其中一些污染物氣體有自然來源，但環境污染的主要來源是人類活動造成的，如化石燃料的生產和使用、廢物處理、農業、交通和工業加工。集約化農業的影響對環境有重大影響，如熱帶雨林植過度砍伐被夷為平地，人們轉而放牧，同時還會造成環境破。


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放在甲烷上。美國拜登政府在10月11日宣布，32個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。在立法的基礎上，必須有一種監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鍵步驟。


天然氣主要是甲烷，是家庭和工業的主要能源。它不僅是全球變暖的一個因素，由于爆炸的風險，它也有潛在的危險。


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設施的情況下部署。這意味著需要無線連接設備，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，但由于成本、尺寸和電力需求等原因，沒有一種技術適合大規模部署。基于氣相色譜和質譜的產品體積大，價格昂貴;電化學傳感器體積小，但壽命有限，通常反應緩慢;而基于激光的光譜學產品體積小，但價格昂貴，耗電量大。其他的技術，如射石，是經濟有效的，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，解決這個問題的方法是開發一種超低功率甲烷傳感器，適用于電池供電設備。這是通過兩項前端技術實現的;超亮發光二極管(led)和非色散紅外(NDIR)擴散技術。


      甲烷傳感器設計架構開發甲烷傳感器體系結構的主要目標是克服兩個問題，一個如上所述，減輕水蒸氣對測量精度的影響，另一個是消除漂移，這是所有NDIR傳感器固有的問題。用雙通道結構，一個作為主信號通道，另一個作為參考通道，用于測量測量氣體的傳感器特性。

光源LED經過光譜濾波，以消除由于水的存在而在主信號通道中被吸收而產生的串擾的影響。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，即使目標氣體中的非凝結濕度非常高，也可以消除水對甲烷測量的影響。


這種架構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傳感器都在工廠進行了多個濃度水平的精度校準，但在使用中，傳感器的基準參考水平會由于光學表面的變化、傳感器內污垢的積累和其他降解而發生變化。傳感器參考電平的變化可以用一個稱為置零的過程來抵消。這會將傳感器復位到一個定義的濃度水平。


甲烷傳感器設計目標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境監測器中，無需用戶干預即可運行數年。這種低功率傳感器方面的專業知識直接影響了新型甲烷傳感器的開發。利用超亮調諧led，超高效率的光學測量室和驅動電子，新的傳感器結合了優異的功耗和卓越的精度，不僅在環境條件下，而且在現場設備通常經歷的真實環境范圍內。

 

 

FlameIR-ME1


       GSS FlameIR-ME1 CH4傳感器幾乎在瞬間打開并開始測量，初始讀數在1.28秒內報告。雖然主動傳感器的功耗已經處于前沿水平，但通過對設備進行功率循環，即暫時打開設備進行測量，然后在此期間關閉電源，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測應用。


新的傳感器將在工廠對甲烷進行校準，但也可以重新校準，以測量其他易燃氣體混合物。無論選擇何種校準，傳感器都可以完全自主地通過數字接口或使用模擬輸出發送測量值。該傳感器不需要在使用中校準。然而，每年的基線設置可能需要根據用戶的精度要求。甲烷傳感器的應用基于LED的甲烷傳感器在許多應用中都具有突破性的性能。它功耗低、響應時間快，適合于穿戴式安全監測設備。


對于需要長期無人操作的遠程泄漏檢測系統，新型甲烷傳感器是新一代無線電池供電設備的理想匹配。在廣泛的現實環境條件下，優越的測量精度使用戶能夠保證部署傳感器時得到數據的完整性英國GSS

 

甲烷傳感器 CH4傳感器 FlameIR-ME1 特點：

固態NDIR LED光學技術

0.01%的典型測量精度

超低功耗，一般平均小于5mW

高度壓力補償

模擬或數字CH4測量

I2C或UART數字接口

內置零點跟蹤和自動校準

實時溫度校正