Detektory promieniowania podczerwonego – także do Twojej aplikacji

Każda substancja w charakterystyczny dla siebie sposób pochłania promieniowanie elektromagnetyczne. Zjawisko to wykorzystuje się w czujnikach gazów, np. w popularnych sensorach NDIR (non-dispersive infrared) wykrywających dwutlenek węgla. Jednak podobne detektory, korzystające z promieniowania IR mają o wiele szersze zastosowanie. Przede wszystkim są to urządzenia badające jakość powietrza oraz skład gazów emitowanych w zakładach przemysłowych i pojazdach spalinowych. Oczywiście, spektroskopia w podczerwieni umożliwia analizę substancji bezbarwnych i bezwonnych, dlatego używana jest także w nowoczesnych systemach bezpieczeństwa. Przykładem może być tutaj gazownictwo (sygnalizowanie nieszczelności) czy górnictwo, gdzie detektor podczerwieni pomaga wykrywać metan i inne niebezpieczne związki chemiczne. Tę samą metodę wykorzystuje się do kontroli jakości w fabrykach wytwarzających sprężone środki czystości i kosmetyki (dezodoranty) – aby sprawdzić, czy puszki nie ulegają rozszczelnieniu.

Analiza dokonywana za pomocą wiązki lasera IR nie ogranicza się do gazów. Jednym z obszarów zastosowania jest też badanie jakości wody (wodociągi, oczyszczalnie ścieków). Inne, ale opierające się na tych samych założeniach, rozwiązania można spotkać w medycynie (np. badanie krążenia w naczyniach włosowatych), mikrobiologii, a także meteorologii i klimatologii. Detektory podczerwieni stanowią również kluczowy element nowoczesnych zabezpieczeń w kolejnictwie, gdzie monitorują trwałość elementów mechanicznych. Są też powszechnie stosowane w systemach przeciwpożarowych, m.in. w przemyśle petrochemicznym.

Detektory podczerwieni VIGO System

 

Fot. 1.

VIGO System jest światowym liderem w produkcji detektorów promieniowania podczerwonego, które wykorzystywane są w takich obszarach jak onkologia, astronomia, a nawet programy NASA (fot. 1). Proces produkcyjny stosowany przez VIGO opiera się na metodzie MOCVD (osadzania warstw półprzewodnikowych z par związków metaloorganicznych). Proces ten pozwala na wytwarzanie detektorów odznaczających się znakomitą precyzją. Najlepszym potwierdzeniem jakości modułów oferowanych przez producenta jest ich zastosowanie w programach eksploracyjnych NASA oraz Europejskiej Agencji Kosmicznej. Wyprodukowane przez VIGO System detektory zwiedzają obecnie Marsa. Należą bowiem do instrumentów pokładowych amerykańskiego łazika Curiosity oraz europejskiego lądownika Schiaparelli.

Od niedawna detektory i gotowe moduły pomiarowe na nich bazujące można bezproblemowo kupić w dowolnych ilościach, także próbki niezbędne do prototypowania i weryfikacji koncepcji układowych. Taką możliwość zapewnia współpraca VIGO System z TME, w ramach której łódzki dystrybutor będzie sprzedawał detektory podczerwieni. W ofercie znajdą się na początku:

• miniaturowe moduły detekcji IR,
• detektory ogólnego przeznaczenia,
• detektory o dużej szybkości działania,
• moduły do zastosowań laboratoryjnych.

Poniżej przedstawiamy próbkę asortymentu, który obejmuje moduły wyspecjalizowane, ale także rozwiązania uniwersalne, przeznaczone do stosowania w wielu gałęziach przemysłu.

Laboratoryjne detektory podczerwieni LabM-I-10.6

Moduły te przystosowane są do aplikacji laboratoryjnych. Ich konfiguracja odbywa się za pomocą oprogramowania Smart Manager Software. Użytkownik ma możliwość zmiany parametrów takich jak: wzmocnienie (do 40 dB), pasmo (1,5, 15, 100 MHz), regulacja temperatury itp. Pełen zakres detekcji obejmuje promieniowanie od 2 do 12 μm. Dzięki szerokiemu widmu, moduł może być wykorzystywany do kalibracji emiterów laserowych. Znajduje także zastosowanie w produkcji układów scalonych, monitorowaniu zawartości glukozy (diabetologia) oraz stomatologii.

Detektory średniego pasma podczerwieni, model LabM-I-6

Podobnie jak wyżej opisany model, LabM-I-6 jest produktem zaprojektowanym przede wszystkim do prac laboratoryjnych. On również ma możliwość programowej konfiguracji. Różnica między modułami to przede wszystkim widmowy zakres detekcji, który w tym przypadku jest bardziej selektywny, obejmuje długości fali od 3 do 7,5 μm określanej jako średnie pasmo podczerwieni, MWIR (Midwave Infrared). LabM-I-6 osiąga również większą szerokość pasma (do 200 MHz). Ze względu na tę charakterystykę detektor znajduje zastosowanie przede wszystkim w analizie składu gazów.

Miniaturowe moduły detekcji IR, microM-10.6

 

Fot. 2.

Jest to miniaturowy moduł detektora przeznaczony do aplikacji o ograniczonej ilości miejsca. Charakteryzuje się szerokim kątem widzenia (akceptowalny kąt padania wiązki) ok. 85°. Nie ma wbudowanego monitora napięcia i ogniwa chłodzącego (jedynie przedwzmacniacz pracujący w trybie DC), co należy uwzględnić w projekcie. Jest to produkt ogólnego zastosowania (kalibracja laserów, pomiary CO2) pracujący w szerokim spektrum (ok. 2–12 μm), jednak zoptymalizowany dla pasma "długiej podczerwieni" (LWIR) (fot. 2).

UM-10.6 oraz UM-I-10.6 – detektory ogólnego przeznaczenia

Moduły te mają parametry detekcji podobne do modułu microM-10.6. Wzorem wszystkich produktów VIGO System ma on okienko sensora wykonane z selenku cynku pokrytego powłoką antyrefl eksyjną. Spektrum transmisji dla okien wykonanych z tego związku sięga od ok. 2 do 22 μm, co znakomicie wpisuje się w charakterystykę detektorów podczerwieni. Moduły mają uchwyt montażowy (nagwintowany otwór M4), złącze zasilania (od 2,5 do 5,5 V, typ. 5 V DC), złącze wyjściowe (sygnał AC podawany na gniazdo koncentryczne SMA) oraz złącze służące do monitorowania napięcia zasilającego przedwzmacniacz (konieczne do precyzyjnej kompensacji off setu). Do chłodzenia modułu użyto ogniwa termoelektrycznego wyposażonego w radiator oraz wentylator (zasilane z tego samego źródła co układ detektora). Taka kompleksowa i kompaktowa konstrukcja ułatwia implementację i obniża koszt instalacji.

Ultraszybkie detektory podczerwieni (UHSM-10.6, UHSM-I-10.6)

 

Fot. 3.

UHSM-10.6 to detektor o paśmie 1 GHz zoptymalizowany dla promieniowania o długości 10,6 μm. Jest przeznaczony do laserowego pomiaru odległości (również skanowania 3D) i interferometrii (fot. 3). Jest zatem odpowiednim rozwiązaniem dla szeregu dziedzin: od komunikacji, przez precyzyjną kontrolę jakości w przemyśle, po aplikacje naukowe w takich dyscyplinach, jak: metrologia, sejsmologia, astronomia, chemia. Detektory o takiej specyfi- kacji wykorzystywane są w spektroskopii z użyciem dwóch grzebieni optycznych (dual-comb spectroscopy).

Moduły UHSM-I-10.6

W przypadku modelu UHSM-I-10.6 mamy do czynienia z podobnymi parametrami oraz obszarem zastosowań, jak w poprzednich wersjach. Detektor fotowoltaiczny jest zintegrowany z mikrosoczewką ("I" w symbolu pochodzi od "immersed"). Pozwoliło to na uzyskanie wysokiego stosunku sygnału do szumu (SNR) przy paśmie przenoszenia 700 MHz oraz kąta padania wiązki (z 80° do 36°).

Spektrometria gazów z modułem UM-I-6

Moduł UM-I-6 przypomina budową wyżej opisane produkty. Jego cechą wyróżniającą jest optymalizacja dla promieniowania o długości fali 6 μm – co czyni go uniwersalnym wariantem laboratoryjnego detektora LabM-I-6, nadającym się do pracy w aplikacjach przemysłowych. Urządzenia o takich parametrach stosowane są do monitorowania procesu denitryfikacji spalin (redukcja emisji tlenków azotu), wykrywania czadu oraz amoniaku (przede wszystkim w przemysłowych instalacjach chłodniczych).

VIGO System
tel. 22 733 54 10
www.vigo.com.pl