مستشعر الأشعة تحت الحمراء غير المشتت

مستشعر الأشعة تحت الحمراء غير المشتت (أو مستشعر NDIR ) هو مستشعر طيفي بسيط يُستخدم غالبًا ككاشف للغازات . وهو غير مشتت بمعنى أنه لا يستخدم أي عنصر تشتيت (مثل الموشور أو محزز الحيود ، كما هو الحال في العديد من أجهزة قياس الطيف الأخرى) لفصل الضوء واسع النطاق إلى طيف ضيق مناسب لاستشعار الغازات، كما هو الحال في أحادي اللون . تستخدم معظم مستشعرات NDIR مصدر ضوء واسع النطاق ومرشحًا بصريًا لاختيار نطاق طيفي ضيق يتوافق مع منطقة امتصاص الغاز المراد قياسه. في هذا السياق، يمكن أن يتراوح عرض النطاق الضيق بين 50 و300 نانومتر. قد تستخدم مستشعرات NDIR الحديثة أنظمة كهروميكانيكية دقيقة (MEMS) أو مصادر LED تعمل بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة ، مع أو بدون مرشح بصري . 

تتكون المكونات الرئيسية لمستشعر الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR ) من مصدر للأشعة تحت الحمراء (مصباح)، وحجرة عينة أو أنبوب ضوئي ، ومرشح ضوئي ، وكاشف للأشعة تحت الحمراء . يُوجَّه ضوء الأشعة تحت الحمراء عبر حجرة العينة باتجاه الكاشف. يوجد بالتوازي حجرة أخرى تحتوي على غاز مرجعي مغلق، عادةً ما يكون النيتروجين . يتسبب الغاز الموجود في حجرة العينة في امتصاص أطوال موجية محددة وفقًا لقانون بير-لامبرت ، ويقيس الكاشف مقدار توهين هذه الأطوال الموجية لتحديد تركيز الغاز. يحتوي الكاشف على مرشح ضوئي أمامه يحجب جميع الأطوال الموجية باستثناء الطول الموجي الذي يمكن لجزيئات الغاز المختارة امتصاصه.

من الناحية المثالية، لا تمتص جزيئات الغاز الأخرى الضوء عند هذا الطول الموجي، ولا تؤثر على كمية الضوء الواصلة إلى الكاشف؛ ومع ذلك، فإن بعض الحساسية المتبادلة أمر لا مفر منه. ^{[ 1 ]} على سبيل المثال، تتأثر العديد من القياسات في منطقة الأشعة تحت الحمراء بجزيء الماء ₍ H₂O ) ، لذا فإن غازات مثل _ثاني أكسيد الكربون (CO₂ ) وثاني أكسيد الكبريت (SO₂ ₎ وثاني أكسيد النيتروجين (NO₂ ₎ غالبًا ما تُسبب حساسية متبادلة عند التركيزات المنخفضة. ^{[ 2 ]}

عادةً ما يتم تقطيع أو تعديل إشارة الأشعة تحت الحمراء من المصدر بحيث يمكن إزاحة إشارات الخلفية الحرارية عن الإشارة المطلوبة. ^{[ 3 ]}

غالباً ما يتم تركيب أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR) لثاني أكسيد الكربون في وحدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC).

تسمح التكوينات المزودة بمرشحات متعددة، سواء على أجهزة استشعار فردية أو على عجلة دوارة، بالقياس المتزامن عند عدة أطوال موجية مختارة.

تُعد تقنية مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) تقنية أكثر تعقيدًا، حيث تقوم بمسح جزء واسع من الطيف، وقياس العديد من الأنواع الممتصة في وقت واحد.

لا تمتلك الغازات طول موجة استشعار محددة، بل توجد مناطق في طيف الأشعة تحت الحمراء تحتوي عادةً على آلاف خطوط الامتصاص المتقاربة. راجع قاعدة بيانات هيتران لمزيد من المعلومات.

• O ₂ — 0.763 ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• CO ₂ — 4.26 ميكرومتر، ^{[ 7 ]} 2.7 ميكرومتر، حوالي 13 ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• ثاني أكسيد الكربون — 4.67  ميكرومتر، ^{[ 7 ]} 1.55  ميكرومتر، 2.33  ميكرومتر، 4.6  ميكرومتر، 4.8  ميكرومتر، 5.9  ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• NO — 5.3 ميكرومتر، _يجب اختزال NO₂ إلى NO ثم يتم قياسهما معًا كـ NO_x ؛ يمتص NO أيضًا في الأشعة فوق البنفسجية عند 195-230 نانومتر،_ويتمقياسNO2نانومتر؛ ^{[ 8 ]} في الحالات التي_محتوىNO2منخفضًا، غالبًا ما يتم تجاهله ويتم قياس NO فقط؛ أيضًا، 1.8ميكرومتر ^{[ 6 ]}  
• NO ₂ — 6.17-6.43 ميكرومتر، 15.4-16.3 ميكرومتر، 496 نانومتر ^{[ 6 ]}
• N ₂ O — 7.73 ميكرومتر (يتداخل NO ₂ و SO _{2 )،} ^{[ 9 ] [ 7 ]} 1.52ميكرومتر، 4.3ميكرومتر، 4.4ميكرومتر، حوالي 8ميكرومتر ^{[ 6 ]}    
• HNO ₃ — 5.81 ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• NH ₃ — 2.25 ميكرومتر، 3.03 ميكرومتر، 5.7 ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• H ₂ S — 1.57 ميكرومتر، 3.72 ميكرومتر، 3.83 ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• SO ₂ — 7.35 ميكرومتر، 19.25 ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• HF — 1.27  ميكرومتر، 1.33  ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• HCl — 3.4  ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• HBr — 1.34  ميكرومتر، 3.77  ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• HI — 4.39  ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• الهيدروكربونات - 3.3-3.5  ميكرومتر، اهتزاز رابطة CH ^{[ 7 ]}
• CH ₄ — 3.33 ميكرومتر، يمكن أيضًا استخدام 7.91 ± 0.16 ميكرومتر ، ^{[ 10 ]} 1.3  ميكرومتر، 1.65  ميكرومتر، 2.3  ميكرومتر، 3.2-3.5  ميكرومتر، حوالي 7.7  ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• C ₂ H ₂ — 3.07 ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• C ₃ H ₈ — 1.68 ميكرومتر، 3.3 ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• CH ₃ Cl — 3.29 ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• H ₂ O — 1.94 ميكرومتر، 2.9 ميكرومتر (يتداخل CO _{2 )،} ^{[ 7 ]}يمكن أيضًا استخدام 5.78 ± 0.18  ميكرومتر لتجنب التداخل من _ثاني أكسيد الكربون ، ^{[ 10 ]} 1.3 ميكرومتر، 1.4 ميكرومتر، 1.8 ميكرومتر ^{[ 6 ]}   
• O ₃ — 9.0 ميكرومتر، ^{[ 7 ]} وأيضًا 254 نانومتر (الأشعة فوق البنفسجية) ^{[ 6 ]}
• H ₂ O ₂ — 7.79 ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• مزيج الكحول —9.5 ± 0.45  ميكرومتر ^{[ 10 ]}
• HCHO — 3.6  ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• HCOOH — 8.98  ميكرومتر ^{[ 6 ]}
• COS — 4.87  ميكرومتر ^{[ 6 ]}

• محلل الغاز بالأشعة تحت الحمراء
• مستشعر نقطة الأشعة تحت الحمراء
• مستشعر ثاني أكسيد الكربون

• شرح أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء _{غير المشتتة} (NDIR) وثاني أكسيد الكربون ، موسوعة أجهزة الكشف عن الغازات، قاعدة المعرفة العلمية Edaphic
• ملاحظات تطبيقية حول اختيار مصباح مستشعر الغاز بالأشعة تحت الحمراء غير المشتتة
• تقنية NDIR لعوادم البنزين (مؤرشفة بتاريخ 17 أكتوبر 2014 في أرشيف الإنترنت )
• أجهزة كشف الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR) لأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون _في عادم محركات الاحتراق الداخلي