之前文章提到，激光法也會(huì)有交叉干擾，但它的抗交叉干擾能力確實(shí)要大大的優(yōu)于紅外技術(shù)，可以說(shuō)交叉干擾是紅外氣體分析最讓人頭疼的問(wèn)題。
紅外氣體分析技術(shù)在長(zhǎng)達(dá)幾十年的發(fā)展過(guò)程中，形成了多個(gè)不同的技術(shù)路線，能在工業(yè)在線分析應(yīng)用的常見(jiàn)方案包括以下幾種：
（1）熱釋電+短氣室+黑體光源（本文簡(jiǎn)稱(chēng)普通NDIR方案）
（2）大功率黑體光源+長(zhǎng)光程氣室+硒化鉛探測(cè)器+相關(guān)輪（本文簡(jiǎn)稱(chēng)相關(guān)輪方案）
（3） 大功率黑體光源+短光程氣室+薄膜微音或微流傳感器（本文簡(jiǎn)稱(chēng)高精度方案）
具體可以參考我的公眾號(hào)文章《十分鐘成為紅外氣體分析專(zhuān)家》1、抗交叉干擾能力理論分析
我們以天然氣中的CO2測(cè)量為例來(lái)分析三種方法的抗交叉干擾能力。紅外CO2測(cè)量一般選用4.26um，如圖所示為hitran數(shù)據(jù)庫(kù)中查到的該波段CO2和甲烷的吸收波形。其中甲烷的吸收強(qiáng)度要弱4個(gè)數(shù)量級(jí)，因此高濃度的甲烷會(huì)對(duì)低濃度的ppm級(jí)的CO2測(cè)量產(chǎn)生影響。
圖1 甲烷與二氧化碳在4.26um處吸收
這類(lèi)分析技術(shù)一般采用公用光路，在探測(cè)器上采用參考和測(cè)量?jī)蓚€(gè)通道提高穩(wěn)定性。兩個(gè)通道采用窄帶濾光片，目前的濾光片常見(jiàn)的半寬為90nm。盡管氣體的吸收點(diǎn)是離散的，單從吸收譜線看濾光片無(wú)法避免這一干擾。因此普通NDIR方案的抗干擾能力最差。
（2）相關(guān)輪方案抗干擾能力相關(guān)輪方案中有一個(gè)相關(guān)輪，里面有兩個(gè)密封的腔，內(nèi)封氮?dú)夂虲O2（被測(cè)氣），通過(guò)相關(guān)輪的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)測(cè)量與參考。該方案只使用了一個(gè)4.26um的濾光片，用于排除雜散光。信號(hào)的產(chǎn)生是由于密封的高濃度CO2氣體先對(duì)光進(jìn)行吸收，氣室中的被測(cè)氣吸收的就少，另一個(gè)密封的氮?dú)鉀](méi)有對(duì)光進(jìn)行吸收，氣室中的被測(cè)氣吸收的就多，兩者的差異產(chǎn)生了周期性信號(hào)。由于吸收點(diǎn)時(shí)離散的，當(dāng)有干擾氣甲烷時(shí)，只有和甲烷完全重合的CO2的譜線才會(huì)減弱甲烷譜線處的光能，因此氣室中有高濃度甲烷，產(chǎn)生的影響就要小得多，抗干擾能力也就強(qiáng)很多。
圖2 相關(guān)輪紅外原理
高精度方案中，微流和薄膜微音檢測(cè)器的抗干擾能力有所差異，我們先分析薄膜微音。與相關(guān)輪方案相比，可以理解為密封氣室從相關(guān)輪處移到了檢測(cè)器，并變成了前后結(jié)構(gòu)。因此薄膜微音相比普通NDIR也有更強(qiáng)的抗干擾能力。另外，薄膜微音檢測(cè)器的前后氣室結(jié)構(gòu)，當(dāng)光進(jìn)入后氣室時(shí)，光能已被前氣室吸收大部分，剩余的光在后氣室會(huì)發(fā)生多次無(wú)規(guī)律反射，被后氣室的CO2所吸收。相比而言整個(gè)光路中，氣路中的干擾氣高濃度甲烷的吸收光程比CO2短很多，而GFC結(jié)構(gòu)中CO2和甲烷有著幾乎相同的吸收光路，因此總的來(lái)說(shuō)薄膜微音結(jié)構(gòu)的抗干擾能力要優(yōu)于GFC方案。
對(duì)于微流方案來(lái)說(shuō)，具體的抗干擾能力需要根據(jù)實(shí)際的結(jié)構(gòu)來(lái)分析。
圖3 薄膜微音紅外原理
引自http://www.adev.com.cn/pdshowtwo/datumshow_279999.html
從理論分析看抗干擾能力，薄膜微音方案稍優(yōu)于GFC方案，GFC方案優(yōu)于普通NDIR方案，實(shí)際表現(xiàn)如何，我們?cè)O(shè)計(jì)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。2、三種方案產(chǎn)品通氣測(cè)試
我們對(duì)三種方案的產(chǎn)品進(jìn)行了實(shí)際通氣試驗(yàn)，三種產(chǎn)品分別是極善思傳感科技的量程100ppm的GFC方案產(chǎn)品（1號(hào)）和量程500ppm 的普通NDIR方案產(chǎn)品（2號(hào)），薄膜微音采用國(guó)內(nèi)某知名企業(yè)的100ppm薄膜微音CO2分析儀（3號(hào)）。
該測(cè)試雖然是針對(duì)特定產(chǎn)品進(jìn)行的測(cè)試，但基本代表了相同技術(shù)方案產(chǎn)品的抗交叉干擾能力。設(shè)計(jì)的試驗(yàn)同時(shí)對(duì)三個(gè)設(shè)備通入標(biāo)準(zhǔn)氣，記錄結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。通入的標(biāo)氣及先后順序如下：（1）通高純氮?dú)饪戳泓c(diǎn)
（2）通入20ppm CO2，背景氮?dú)狻?br />（3）通入20ppmCO2，背景甲烷。
（4）通入20%甲烷，背景氮?dú)狻?br />（5）通入50%甲烷，背景氮?dú)狻?br />（6）通入80%甲烷，背景氮?dú)狻?br />（7）通入20ppm CO2，背景乙烷。
（8）通入20%乙烷，背景氮?dú)狻?br />（9）通入50%乙烷，背景氮?dú)狻?br />（10）通入80%乙烷，背景氮?dú)狻?br />（11）通入99.99%乙烷。
詳細(xì)測(cè)試數(shù)據(jù)請(qǐng)關(guān)注公眾號(hào)，發(fā)送聯(lián)系方式索要。從測(cè)量數(shù)據(jù)看，驗(yàn)證了前文的理論分析。
盡管存在一些交叉干擾，一般只需采用甲乙烷背景標(biāo)氣進(jìn)行標(biāo)定即可使用，分析的結(jié)果可能會(huì)因?yàn)橐彝榈淖兓兓?，但變化仍在工藝要求的范圍?nèi)，因此紅外CO2分析儀在天然氣行業(yè)仍然得到了廣泛應(yīng)用。
3、總結(jié)
紅外技術(shù)的交叉干擾是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，什么時(shí)候可以讓步使用、什么時(shí)候需要精細(xì)補(bǔ)償、什么時(shí)候不能滿足要求等都需要根據(jù)具體問(wèn)題進(jìn)行分析。
歡迎大家給我們提供場(chǎng)景和需求，我們將無(wú)償幫助分析問(wèn)題與測(cè)試驗(yàn)證。
