之前文章提到，激光法也會有交叉干擾，但它的抗交叉干擾能力確實要大大的優(yōu)于紅外技術，可以說交叉干擾是紅外氣體分析最讓人頭疼的問題。
紅外氣體分析技術在長達幾十年的發(fā)展過程中，形成了多個不同的技術路線，能在工業(yè)在線分析應用的常見方案包括以下幾種：
（1）熱釋電+短氣室+黑體光源（本文簡稱普通NDIR方案）
（2）大功率黑體光源+長光程氣室+硒化鉛探測器+相關輪（本文簡稱相關輪方案）
（3） 大功率黑體光源+短光程氣室+薄膜微音或微流傳感器（本文簡稱高精度方案）
具體可以參考我的公眾號文章《十分鐘成為紅外氣體分析專家》1、抗交叉干擾能力理論分析
我們以天然氣中的CO2測量為例來分析三種方法的抗交叉干擾能力。紅外CO2測量一般選用4.26um，如圖所示為hitran數(shù)據(jù)庫中查到的該波段CO2和甲烷的吸收波形。其中甲烷的吸收強度要弱4個數(shù)量級，因此高濃度的甲烷會對低濃度的ppm級的CO2測量產(chǎn)生影響。
圖1 甲烷與二氧化碳在4.26um處吸收
這類分析技術一般采用公用光路，在探測器上采用參考和測量兩個通道提高穩(wěn)定性。兩個通道采用窄帶濾光片，目前的濾光片常見的半寬為90nm。盡管氣體的吸收點是離散的，單從吸收譜線看濾光片無法避免這一干擾。因此普通NDIR方案的抗干擾能力最差。
（2）相關輪方案抗干擾能力相關輪方案中有一個相關輪，里面有兩個密封的腔，內(nèi)封氮氣和CO2（被測氣），通過相關輪的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)測量與參考。該方案只使用了一個4.26um的濾光片，用于排除雜散光。信號的產(chǎn)生是由于密封的高濃度CO2氣體先對光進行吸收，氣室中的被測氣吸收的就少，另一個密封的氮氣沒有對光進行吸收，氣室中的被測氣吸收的就多，兩者的差異產(chǎn)生了周期性信號。由于吸收點時離散的，當有干擾氣甲烷時，只有和甲烷完全重合的CO2的譜線才會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，抗干擾能力也就強很多。
圖2 相關輪紅外原理
高精度方案中，微流和薄膜微音檢測器的抗干擾能力有所差異，我們先分析薄膜微音。與相關輪方案相比，可以理解為密封氣室從相關輪處移到了檢測器，并變成了前后結(jié)構。因此薄膜微音相比普通NDIR也有更強的抗干擾能力。另外，薄膜微音檢測器的前后氣室結(jié)構，當光進入后氣室時，光能已被前氣室吸收大部分，剩余的光在后氣室會發(fā)生多次無規(guī)律反射，被后氣室的CO2所吸收。相比而言整個光路中，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)構中CO2和甲烷有著幾乎相同的吸收光路，因此總的來說薄膜微音結(jié)構的抗干擾能力要優(yōu)于GFC方案。
對于微流方案來說，具體的抗干擾能力需要根據(jù)實際的結(jié)構來分析。
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，實際表現(xiàn)如何，我們設計試驗進行驗證。2、三種方案產(chǎn)品通氣測試
我們對三種方案的產(chǎn)品進行了實際通氣試驗，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）和量程500ppm 的普通NDIR方案產(chǎn)品（2號），薄膜微音采用國內(nèi)某知名企業(yè)的100ppm薄膜微音CO2分析儀（3號）。
該測試雖然是針對特定產(chǎn)品進行的測試，但基本代表了相同技術方案產(chǎn)品的抗交叉干擾能力。設計的試驗同時對三個設備通入標準氣，記錄結(jié)果進行對比。通入的標氣及先后順序如下：（1）通高純氮氣看零點
（2）通入20ppm CO2，背景氮氣。
（3）通入20ppmCO2，背景甲烷。
（4）通入20%甲烷，背景氮氣。
（5）通入50%甲烷，背景氮氣。
（6）通入80%甲烷，背景氮氣。
（7）通入20ppm CO2，背景乙烷。
（8）通入20%乙烷，背景氮氣。
（9）通入50%乙烷，背景氮氣。
（10）通入80%乙烷，背景氮氣。
（11）通入99.99%乙烷。
詳細測試數(shù)據(jù)請關注公眾號，發(fā)送聯(lián)系方式索要。從測量數(shù)據(jù)看，驗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氣進行標定即可使用，分析的結(jié)果可能會因為乙烷的變化而變化，但變化仍在工藝要求的范圍內(nèi)，因此紅外CO2分析儀在天然氣行業(yè)仍然得到了廣泛應用。
3、總結(jié)
紅外技術的交叉干擾是一個比較復雜的問題，什么時候可以讓步使用、什么時候需要精細補償、什么時候不能滿足要求等都需要根據(jù)具體問題進行分析。
歡迎大家給我們提供場景和需求，我們將無償幫助分析問題與測試驗證。
