Technology insights

Find out more about the latest developments from Infrasolid and gain an insight into technical details. We regularly publish groundbreaking innovations to our products and services on this page. If you have any questions or require a customised development for your project, please feel free to contact us.

Technology insights 24/04

Explore the limits of multi-channel NDIR gas analysis

A common way to measure gas concentrations

Non-dispersive infrared (NDIR) gas analysis (Fig. 1) is a widely used technique for detecting and quantifying gas concentrations in various industrial, environmental, and medical applications. However, NDIR gas sensors have faced limitations in sensitivity and accuracy, particularly when measuring low gas concentrations. These limitations are primarily due to the performance constraints of the infrared (IR) source and detector components. Conventional infrared sources, such as wire filament and Si-MEMS emitters, have limited optical output power and signal stability, resulting in lower signal-to-noise ratios and reduced measurement sensitivity. 

High-performance IR emitters

INFRASOLID has developed the HISpower series, a range of high-performance thermal infrared emitters in a standard industrial TO-8 housing specifically designed for highly accurate NDIR gas analysis. To demonstrate the unmatched performance an NDIR demonstrator has been built (Fig. 2), that utilizes INFRASOLID’s HIS2000R-CWC300 IR emitter and the world's first eight-channel pyroelectric detector, the InfraTec LRM-278. The IR source’s exceptionally high radiation power generates high detector signals and, therefore, eliminates the need for additional signal amplification (Fig. 3). This allows the analog detector signals to be converted directly into a digital signal for further signal processing. Electronics and signal processing are reduced to a minimum, thus eliminating further sources of noise and reducing manufacturing costs. The wide wavelength range from (2…20) µm enables its use in a broad range of industrial, environmental, and medical applications. 

Pushing the limits of NDIR gas analysis

High-performance IR components play a crucial role in NDIR gas analysis. With an optimized combination of IR source and IR detector the boundaries of NDIR gas analysis can be pushed. In this way, applications that require the measurement of lowest gas concentrations, such as emission monitoring and leakage detection, can meet new legal regulations. 

Technology insights 24/03

陶瓷热发射器是红外辐射黑体源吗?

碳化硅 (SIC) 炽热棒

碳化硅(SiC)炽热棒是红外光谱测量设备中最常用的红外(IR)光源。它具有高辐射率的特点,工作温度通常在 1200 K 到 1600 K 之间,因此在中红外和远红外范围内具有较高的光输出信号。然而,这些基于陶瓷的红外光源并不是理想的黑体辐射源,尤其是在波长大于 10 μm 的远红外和太赫兹(THz)范围内 (图 1)。

黑体辐射

根据斯特凡-玻尔兹曼定律,红外线辐射器的高光学输出是通过高辐射率、大范围辐射和高温的组合来实现的。不过,值得注意的是,根据普朗克辐射定律和维恩位移定律,工作温度的升高会导致黑体辐射的峰值强度向短波长移动,而对增加长波长的光输出影响较小。因此,要在远红外和太赫兹(THz)范围内实现最佳性能,最大限度地提高辐射率和确保足够大的辐射面积至关重要。

黑色涂层的氧化铝陶瓷

为了提高陶瓷在远红外和太赫兹范围内的发射率,我们开发了一种新型黑色涂层。它可以涂在氧化铝陶瓷的两面(图 2),辐射率接近黑体(见图 1)。与标准碳化硅炽热棒相比,这种黑色涂层的工作温度可达 1200 K 或更高,并能产生更高的信号(图 3)。此外,较高的发射率还能降低工作温度,这也带来了一些好处。

傅立叶变换红外光谱的优点

在傅立叶变换红外光谱仪等测量仪器中,较低工作温度的红外发射器具有许多优点:温度漂移较小、稳定性和使用寿命较高、测量速度较快、几乎没有火灾风险、与生物应用相关的无样品加热等。

Technology insights 24/02

金属片灯丝

钨丝灯泡--宽带标准

钨(卤素)灯因其辐射光谱宽广,通常用作近红外波长范围内吸收光谱分析的光源(图1)。它还用于大容量 气体传感应用,如测量二氧化碳和碳氢化合物。然而,脆弱而纤细的金属丝并不能满足理想光源的所有要求。为了确保可靠和高精度的测量,稳定和可重复的灯丝位置至关重要。要实现这种稳定性,需要复杂和高精度的灯泡制造。冲击和振动也可能导致灯的强度闪烁,从而限制测量的准确性。在实际应用中,往往需要耗费大量时间来正确定位白炽灯。

改进灯丝

灯丝的光度特性主要取决于其几何形状。首选的光源是具有正方形发光表面的扁平灯丝。大部分发射光垂直于灯丝的平面辐射,与收集光学元件对准,从而实现最高效率。INFRASOLID 采用独特的发射器技术,通过发射近红外和中红外范围内的宽光谱光,提供由整体高熔点金属制成的独立金属片灯丝(图 2)。钨丝灯丝在振动和冲击时可在所有空间方向上移动,而金属片灯丝则不同,它只能沿一个轴线进行非常有限的移动,类似于一张夹紧的纸。这就提供了更高的机械和光学稳定性,从而能够在恶劣环境中使用手持设备进行更精确的测量。它还消除了耗时的灯管定位需要。

定制化

金属片灯丝可以制造成不同的尺寸和几何形状,以轻松适应客户的特定应用。金属片灯丝的面积越大,光输出就越高(见图 1)。由于近红外和中红外光谱范围内的宽带发光二极管非常有限,像灯泡这样的热发射器将继续成为吸收光谱应用的标准光源。

Technology insights 24/01

红外魔方 - 遥感红外线矩阵

SMD封装红外光源

SMD 是表面贴装器件(Surface Mount Device)的缩写,指直接安装在印刷电路板 PCB)表面的电子元件。与传统的通孔封装 相比,这些封装设计得更小、更高效,而传统 的通孔封装仍是红外(IR)光学元件的标准。然而,SMD 封装因其在尺寸、成本、性能和 易于自动化装配方面的优势,已成为现代电子 制造业的主流选择。

INFRASOLID 拥有独特的红外光源专利技术,能够制造出不同 SMD 封装的高效微型热红 外光源。如图 1 所示,高度微型化使红外辐 射器矩阵与可单独控制的元件紧凑地排列在一起。SMD封装的红外光源具有宽带辐射光谱,可配备不同的滤光窗口,发射不同的波长,即显示不同的颜色。

自动化和大批量应用

SMD 技术提高了 PCB 组装的效率和自动化程度,从而提高了生产率、减少了错误、降低了 浪费并降低了成本。SMD元件体积小,与印刷 电路板接触的表面积大,因此对物理冲击和振 动的承受能力更强。小尺寸使印刷电路板上的 元件密度更高,从而使电子设备更小、更紧 凑。因此,SMD封装的红外光源将为全新的应 用铺平道路,如用于气体传感、材料分析和遥 感的手持式、便携式和无线设备。

遥感应用

SMD红外光源阵列(如 3x3 像素)可产生不 同的排列方式,如图 2 所示,用于遥感应用 中的通信和识别,以及光学系统的精确对准。它还能在具有挑战性的视觉条件、恶劣环境和 远距离条件下进行探测。让我们一起探讨SMD红外光源阵列在您未来应 用中的可能性吧。

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