谢永超

(1.西南交通大学，四川 成都 610036；2.湖南铁道职业技术学院，湖南 株洲 412001)

0 引 言

当前，基于非分光红外(NDIR)技术的气体分析仪设计过程中存在很多干扰源，这些干扰源对检测精度影响的轻重程度各有不同[1,2]，其中红外池中，温度的稳定性对气体的吸收影响大，此外,对于特定的吸收气体，恒温点同样重要[3]。本文设计了一种基于增量式PID算法的高精度温控系统，选择对气体吸收影响最小的恒温点，并控温范围为±0.1 ℃，相比现有同类温控系统，精度提高近10倍[4,5]。将该高精度的温控系统应用在NDIR气体分析仪中，对比了分别在常温下的测量结果和温控系统下的测量结果，信噪比得到明显改善。

1 NDIR气体分析机理

当红外光通过待测气体时，气体分子对特定波长的红外光有吸收作用，其吸收关系服从朗伯—比尔(Lambert-Beer)吸收定律：设平行入射光的强度为I0，出射光的强度为I1，气体介质的厚度为L,气体的浓度为C,气体的吸收系数为μ，则其关系表达式为

I1=I0exp(-L∑μiCi).

(1)

其中,μ为不同气体的吸收系数，Ci为不同气体的浓度。

当为多种混合气体时，为了分析特定的气体组分，需要在传感器或者红外光源前安装一个适合分析气体吸收波长的窄带滤光片，使传感器的信号变化只反映被测气体的浓度变化。

其NDIR气体红外吸收谱如图1所示，表明了各种气体的特征吸收峰。

图1 NDIR气体红外吸收谱

2 恒温系统对NDIR气体分析仪测试信噪比的影响分析

NDIR气体分析仪的红外池如图2所示。

图2 红外池

整个红外池由红外光源部分、镀金气室、滤光片、待测气体通道以及红外接收装置组成。……