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Ti serve una lista di controllo in cinque punti per abbinare emettitori e rilevatori a infrarossi?

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Abbiamo trasformato i primi cinque punti della nostra lista di controllo per l’abbinamento di emettitori e rilevatori IR in una breve presentazione per evidenziare i principi fondamentali di un efficace abbinamento emettitore-rilevatore nel rilevamento di gas NDIR, tra cui la definizione del gas bersaglio e la sovrapposizione spettrale

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Si tratta di un breve assaggio, ma queste decisioni iniziali hanno un forte impatto sulla qualità delle misurazioni e sulle prestazioni del sistema.
Troverete il post completo del blog nei commenti, dove viene illustrato passo dopo passo l’intero processo, insieme a un PDF scaricabile che vi aiuterà a seguire la procedura.

Ottimizzazione del rilevamento dei gas con tecnologia NDIR: abbinamento di emettitori IR e rilevatori piroelettrici
L’assemblaggio di un sensore di gas NDIR piroelettrico efficace non si limita alla semplice combinazione di alcuni componenti disponibili in commercio. Le prestazioni, la precisione e l’affidabilità dei sensori di gas a infrarossi non dispersivi (NDIR) dipendono in larga misura da quanto l’emettitore IR e il rilevatore piroelettrico siano adeguati al gas specifico da misurare.
Tale processo di abbinamento può rivelarsi più complesso di quanto sembri a prima vista. Per ottenere un rilevamento affidabile, entrambi i componenti devono essere selezionati tenendo conto del comportamento di assorbimento del gas, oltre che dei requisiti ottici, termici e a livello di sistema dell’applicazione. Utilizzando il monitoraggio dell’anidride carbonica (CO₂) come caso di studio, questa guida illustra i principi fondamentali alla base di un efficace abbinamento emettitore-rilevatore e include, alla fine, una checklist scaricabile in formato PDF.

1) Identificare il gas di interesse e la sua lunghezza d’onda di assorbimento
Il primo passo nella progettazione di un sensore di gas NDIR piroelettrico efficace consiste nel definire il gas che si desidera misurare, poiché tale scelta determina il resto della progettazione del sistema. Nel rilevamento NDIR, ogni gas assorbe la radiazione infrarossa a specifiche lunghezze d’onda, pertanto l’emettitore e il rilevatore devono essere adattati al comportamento di assorbimento del gas di riferimento.

Prendendo come esempio la CO₂, la banda di assorbimento principale si trova intorno ai 4,26 µm, il che significa che il sistema di rilevamento deve essere progettato per generare, trasmettere e rilevare radiazioni in quella regione dello spettro. Se la lunghezza d’onda di riferimento non viene identificata correttamente all’inizio, la progettazione complessiva del sensore risulterà disallineata sin dall’inizio.
2) Scegliere un emettitore IR con sovrapposizione spettrale

Una volta individuati il gas bersaglio e la lunghezza d’onda di assorbimento, il passo successivo consiste nello scegliere un emettitore IR in grado di produrre una radiazione sufficiente nell’intervallo spettrale pertinente. Il requisito fondamentale non è solo un’ampia emissione, ma un’emissione significativa proprio alla lunghezza d’onda in cui il gas assorbe.

Per questo esempio relativo alla CO₂, l’emettitore deve fornire una radiazione intensa e utilizzabile intorno ai 4,26 µm. Il modello JSIR350-4-AL-R-D6.0-N2-A2 è un esempio adeguato poiché il suo intervallo di emissione si estende ampiamente da circa 2 a 15 µm, includendo la regione di assorbimento della CO₂ sopra descritta. Tuttavia, un’ampia sovrapposizione da sola non è sufficiente se l’intensità alla lunghezza d’onda target è troppo bassa per garantire un rilevamento affidabile.

3) Scegliere un rilevatore IR con il filtro giusto
Dopo aver selezionato l’emettitore, occorre scegliere il rilevatore in modo che il suo filtro ottico sia allineato con il picco di assorbimento del gas. In un sensore NDIR piroelettrico, il rilevatore non risponde semplicemente in modo uguale a tutta la radiazione IR in entrata; è il filtro a determinare quale parte dello spettro raggiunge l’elemento sensibile.

Per questo esempio, il PS2x4C2-A-U-S1.5-Kr-E1/D2 è un rilevatore appropriato poiché la sua configurazione del filtro è progettata per allinearsi con la banda di assorbimento della CO₂ e con l’uscita dell’emettitore. Questa combinazione è importante perché l’intervallo di sensibilità del rilevatore deve corrispondere sia alla radiazione prodotta dall’emettitore sia alla regione di lunghezza d’onda in cui il gas bersaglio assorbe.
4) Verificare la lunghezza d’onda centrale del filtro
Un filtro del rilevatore ben abbinato deve essere centrato molto vicino alla lunghezza d’onda di assorbimento del gas bersaglio. Per la CO₂, un filtro centrato intorno a 4,265 µm rappresenta un ottimo abbinamento, poiché si allinea strettamente con il picco di assorbimento del gas.

Nel caso del PS2x4C2-A-U-S1.5-Kr-E1/D2, la specifica del filtro è 4265 ± 25 nm, il che lo colloca correttamente nella regione di assorbimento della CO₂. Questo tipo di allineamento è uno dei principi più importanti nella progettazione dei sistemi NDIR, poiché lo spettro dell’emettitore, la banda di assorbimento del gas e il filtro del rilevatore devono tutti sovrapporsi nella stessa regione utile.

5) Verificare la larghezza di banda e le tolleranze
Anche la larghezza di banda del filtro deve essere esaminata attentamente, poiché influisce sia sulla selettività che sull’intensità del segnale. Una metà della larghezza di banda più stretta migliora la selettività del gas, mentre una metà della larghezza di banda più ampia consente il passaggio di una maggiore quantità di energia IR e può migliorare il livello del segnale utilizzabile.
Per il rilevatore in questo esempio, la metà della larghezza di banda è di 120 ± 10 nm, il che rappresenta un equilibrio pratico tra l’isolamento della firma spettrale della CO₂ e la possibilità di far raggiungere all’elemento sensibile una quantità sufficiente di radiazione. Anche le tolleranze sono importanti, poiché le variazioni effettive di produzione relative alla CWL (lunghezza d’onda centrale) e alla HBW (mezza larghezza di banda) possono influenzare il comportamento reale del sensore anche quando le specifiche nominali sembrano ideali sulla carta.

Leggi l’intero post del blog e scarica il PDF qui...
https://www.microhybrid.com/en/blog/post/Optimizing-NDIR-Gas-Sensing-Matching-IR-Emitters-and-Pyroelectric-Detectors