Infrarot-Sensorik
Sensorik ist eine technische Wissenschaft, welche die Gewinnung von Messwerten mittels Messfühlern, sogenannten Sensoren, und deren Umwandlung in elektrische oder optische Ausgangssignale zur effektiven Weiterverarbeitung beschreibt. Sensoren enthalten neben dem Messwertgeber zur Umwandlung der physikalischen oder chemischen Eingangssignale häufig noch eine Signalvorverarbeitung für ein störsicheres teilweise standardisiertes Interface zur nachfolgenden Geräteelektronik inklusive Stromversorgung.
Strahlungssensoren dienen zum Nachweis von Teilchen oder elektromagnetischen Wellen. Für letztere eignen sich besonders zwei Prinzipien: Die Erzeugung von Ladungsträgern in Halbleitern durch die Absorption von Strahlungsquanten und die Temperaturänderung einer Absorptionsschicht durch die auftreffende Strahlung. Das erste Prinzip wird auch innerer Photoeffekt genannt und z. B. in Photodioden genutzt. Das zweite ist die Grundlage thermischer Sensoren. Die Temperaturänderung wird hier in einem temperaturempfindlichen Element in elektrische Ladungen oder Spannungen umgewandelt. So wird beim Thermopile eine der Temperaturdifferenz zwischen kalter und warmer Seite proportionale Spannung erzeugt (Seebeck-Effekt).
Die pyroelektrischen Infrarot-Sensoren, auch pyroelektrische Detektoren genannt, von InfraTec können die auf sie auftreffende elektromagnetische Strahlung (UV, VIS, IR, THz) erfassen und ihre Intensität messen. Beim Auftreffen der Strahlung erwärmt sich der pyroelektrische Kristall und es entstehen positive elektrische Ladungen. Ohne Strahlung kühlt sich der Kristall ab und es werden negative Ladungen erzeugt.
Die Ladungen sind jedoch sehr gering. Bevor sie sich durch den endlichen Innenwiderstand des Kristalls wieder ausgleichen können, wandeln extrem rausch- und leckstromarme Feldeffekttransistoren (JFET) oder Operationsverstärker (OpAmp) die Ladungen in eine Signalspannung um.
Pyroelektrischen Sensoren werden häufig in der Gasanalyse, der Flammendetektion sowie in der Spektroskopie und der Pyrometrie eingesetzt.
Pyroelektrische Detektoren in der Gassensorik
Für die Gassensorik kann man sich zu Nutze machen, dass die Molekülschwingungen vieler chemischer Verbindungen Grundschwingungen im infraroten Wellenlängenbereich haben und deshalb IR-Strahlung absorbieren. Jede dieser Verbindungen hat ein charakteristisches Absorptionsspektrum.
Ein NDIR Non Dispersive IR) Gasanalysator besteht aus einer elektrisch oder mechanisch modulierten IR-Quelle, einer Gasküvette und meist aus einem pyroelektrischen Detektor. Eine Auswerteelektronik berechnet aus der Signalspannung die Gaskonzentration. InfraTec bietet eine große Anzahl von Standard-IR-Schmalbandfiltern (narrow band pass - NBP) an, die optimal auf die Absorptionseigenschaften des zu messenden Gases abgestimmt sind. Diese Filter sind bereits in die Kappe des pyroelektrischen Detektors integriert und vereinfachen die Entwicklung von Geräten zur Gasanalyse.
Einsatzbereiche Gassensorik
Einsatzbereiche Gassensorik Pyroelektrische Detektoren haben in der Gassensorik einen sehr breiten Einsatzbereich. Oft schützen Sie dabei die Umwelt oder sogar Menschenleben! Durch die Messung von Abgasen in Industriebtrieben oder Leckmessungen an Gaspipelines können im Fall von Störungen schnell Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Mit der Detektion giftiger oder brennbarer Gase können im Bergbau weltweit Vergiftungen oder Explosionen vermieden werden. Auch in der Medizin sind pyroelektrische IR-Detektoren unersetzlich. So kann man über eine CO
Darüber hinaus existieren viele weitere Einsatzbereiche für InfraTec-Detektoren. So zum Beispiel in der Biogas-Analyse, zur Bestimmung der Qualität von Kohle, zur Ermittlung der Pflanzengesundheit und vielem mehr.
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Pyroelektrische Detektoren in der Flammensensorik
In der Flammensensorik erkennen pyroelektrische Detektoren Strahlung von brennenden Gasen, Flüssigkeiten oder Feststoffen und können diese anhand ihres charakteristischen IR-Spektrums identifizieren. Dabei wird die typische spektrale Ausstrahlung von brennenden organischen Materialien wie Holz, Erdgas, Öl oder Kunststoff erfasst.
Es werden zwei unabhängige Kriterien einer Flamme ausgewertet, um einen Fehlalarm durch die Sonne oder andere intensive Lichtquellen (z. B. Sonne oder Schweißlichtbogen) auszuschließen:
Eine offene Flamme ist (im Gegensatz zur Sonnenstrahlung) durch eine Flackerfrequenz zwischen 1 und 5 Hz gekennzeichnet.
Eine Kohlenwasserstoffflamme erzeugt neben dem Verbrennungsgas des Wasserstoffs H
2 O auch die des Kohlenstoffs CO und CO2 . Deren Emissionsbanden liegen im infraroten Spektralbereich zwischen 4,0 und 4,8 µm Wellenlänge. Um ein hohes Signal zu erhalten, nutzt man breite IR-Bandpässe als Detektorfenster, die sowohl die Strahlungsemission von CO2 als auch von CO einschließen.
Anwendungsfelder in der Flammensensorik
Jeder kennt die preiswerten Rauchmelder, wie sie in vielen Privatwohnungen hängen. Diese tun für kleine Räume, in denen lieber einmal zu viel gewarnt wird, gute Dienste. Wenn aber Flammen über große Distanzen erkannt, Außenräume oder große Hallen überwacht werden müssen, dann kommen pyroelektrische IR-Detektoren zum Einsatz. Flammenmelder mit pyroelekrischen Detektorenn werten die Strahlungsbanden der brennenden Substanzen und die Flackerfrequenz der Flamme aus. Durch die gleichzeitige Analyse von zwei unabhängigen Merkmalen einer Flamme können Fehlalarme weitgehend vermieden werden.
Zum Einsatz kommt dies unter anderem auf Ölbohrplattformen, in Lager- oder Fertigungshallen, in Flugzeughangars oder in Raffinerien.
Detektorsuche
InfraTec bietet Ihnen fünf Produktgruppen mit rund 50 verschiedenen pyroelektrischen Detektoren. Zum Spektrum gehören dabei Detektoren mit reduzierter Mikrofonie und integriertem Operationsverstärker sowie digitale Detektoren.
Wählen Sie Ihre passenden Infrarotdetektoren mit unserer detaillierten Detektorsuche.
