مبدأ التشغيل الرئيسي لكاشفات الغاز بالأشعة تحت الحمراء
كاشف الغاز بالأشعة تحت الحمراء هو جهاز شائع الاستخدام للكشف عن الغازات، حيث يكتشف الغازات عن طريق قياس خصائص الامتصاص للغازات المستهدفة في النطاق الطيفي للأشعة تحت الحمراء. تتميز أجهزة كشف الغاز بالأشعة تحت الحمراء بالدقة العالية والاستجابة السريعة والاستقرار الجيد، وتستخدم على نطاق واسع في مجالات المراقبة الصناعية والبيئية.
يمكن تلخيص مبدأ عمل كاشف الغاز بالأشعة تحت الحمراء على النحو التالي: يولد مصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء شعاع الأشعة تحت الحمراء، والذي يتم اكتشافه عن طريق نقل الغاز المقاس في غرفة الغاز، ثم يمر عبر مرشح الأشعة تحت الحمراء للوصول إلى كاشف الأشعة تحت الحمراء. يقوم كاشف الأشعة تحت الحمراء بتحويل إشارة ضوء الأشعة تحت الحمراء المستلمة إلى إشارة كهربائية تتعلق بتركيز الغاز المقاس، ثم يقوم بتضخيم الإشارة ومعالجتها لعرض أو إخراج قيمة التركيز في النهاية.
في أجهزة الكشف عن الغاز بالأشعة تحت الحمراء، يعد مصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء مكونًا رئيسيًا. تشمل مصادر ضوء الأشعة تحت الحمراء شائعة الاستخدام نوع الإشعاع الحراري ونوع أشباه الموصلات. عادةً ما تستخدم مصادر ضوء الأشعة تحت الحمراء للإشعاع الحراري مواد مثل أسلاك التسخين أو البواعث أو كربيدات السيليكون لإصدار الأشعة تحت الحمراء من خلال التسخين بالمقاومة. تستخدم مصادر ضوء الأشعة تحت الحمراء لأشباه الموصلات عادةً الثنائيات الباعثة للضوء بالأشعة تحت الحمراء -(IR LEDs) كمصادر للضوء، والتي تتمتع بمزايا الطاقة المنخفضة والعمر الطويل.
تتمثل وظيفة مرشح الأشعة تحت الحمراء في نقل ضوء الأشعة تحت الحمراء بشكل انتقائي مع حجب الضوء من الأطوال الموجية الأخرى. وفقا لخصائص ومتطلبات الكشف عن الغاز الذي تم اختباره، يمكن اختيار أطوال موجية مختلفة لمرشحات الأشعة تحت الحمراء. تُستخدم كاشفات الأشعة تحت الحمراء لاستقبال ضوء الأشعة تحت الحمراء المنقول عبر المرشحات وتحويل إشارة ضوء الأشعة تحت الحمراء إلى إشارة كهربائية للمعالجة اللاحقة. هناك نوعان شائعان الاستخدام من أجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء: الضوئية والكهروحرارية. عادةً ما تستخدم كاشفات الأشعة تحت الحمراء الموصلة للضوء مواد مثل HgCdTe لتحويل إشارات ضوء الأشعة تحت الحمراء من خلال التأثير الكهروضوئي. تحقق أجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء الحرارية تحويل الإشارة عن طريق قياس التغيرات في درجات الحرارة الناتجة عن إشارات ضوء الأشعة تحت الحمراء.
عند استخدام كاشف الغاز بالأشعة تحت الحمراء، فإن الخطوة الأولى هي التأكد من خصائص الامتصاص للغاز المقاس تجاه ضوء الأشعة تحت الحمراء. تختلف درجة امتصاص أطوال موجية محددة من ضوء الأشعة تحت الحمراء بين الغازات المختلفة، لذا فإن اختيار المرشحات والكاشفات المناسبة أمر بالغ الأهمية. ثانيًا، من الضروري معايرة كاشف الغاز بالأشعة تحت الحمراء مع الغاز المُقاس المقابل. أثناء عملية المعايرة، من الضروري توفير عينة غاز ذات تركيز معروف وضبط حساسية ومدى الجهاز بناءً على الإشارة التي تولدها العينة لضمان دقة نتائج الكشف.
في التطبيقات العملية، غالبًا ما يتم تجهيز أجهزة الكشف عن الغاز بالأشعة تحت الحمراء بشاشات LCD أو واجهات رقمية لعرض نتائج القياس بسهولة. وفي الوقت نفسه، يمكن أيضًا إخراج البيانات إلى نظام معالجة البيانات للتسجيل والتحليل عن طريق الاتصال بجهاز كمبيوتر أو جهاز الحصول على البيانات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا تجهيز بعض أجهزة الكشف عن الغاز بالأشعة تحت الحمراء المتقدمة بأجهزة إنذار. عندما يتم الكشف عن تركيزات غير طبيعية من الغاز، سيتم إصدار إنذار في الوقت المناسب لضمان السلامة.
