紅外傳感器技術(shù)及其對(duì)暖通空調(diào)CO2測(cè)量精度的影響

　　為了盡量減少處理外部新鮮空氣所產(chǎn)生的能耗，現(xiàn)代通風(fēng)系統(tǒng)會(huì)對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行循環(huán)使用。利用二氧化碳(CO2)傳感器作為室內(nèi)空氣質(zhì)量指示器有助于向建筑內(nèi)部人員輸送新鮮的外部空氣，同時(shí)實(shí)現(xiàn)能耗優(yōu)化。

　　紅外CO2傳感器的工作原理:

　　單波束單波長(zhǎng)傳感器：

　　單波束單波長(zhǎng)傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（見(jiàn)圖2），由紅外源、測(cè)量腔室和探測(cè)器組成。

　　此類傳感器的問(wèn)題在于其長(zhǎng)期漂移比較嚴(yán)重。微型白熾燈泡的強(qiáng)度（二氧化碳傳感器常見(jiàn)的紅外光源）會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化。此外傳感器表面可能會(huì)沉積灰塵和污垢。當(dāng)二氧化碳濃度發(fā)生變化時(shí)，傳感器會(huì)對(duì)這些改變做出錯(cuò)誤響應(yīng)，導(dǎo)致長(zhǎng)期測(cè)量的不可靠性。

　　為了對(duì)這一固有不穩(wěn)定性進(jìn)行補(bǔ)償，一些制造商采用了自動(dòng)背景校準(zhǔn)方法。傳感器在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)（通常為數(shù)天）記錄最小的二氧化碳讀數(shù)，然后假定最小記錄讀數(shù)對(duì)應(yīng)于外部新鮮空氣（二氧化碳濃度40ppm），對(duì)讀數(shù)重新進(jìn)行調(diào)整。遺憾的是由于建筑內(nèi)的人員活動(dòng)模式會(huì)影響室內(nèi)二氧化碳水平，這種假設(shè)并非始終成立。諸如醫(yī)院、養(yǎng)老院、住宅樓以及辦公室等設(shè)施可能全天二十四小時(shí)都有人員活動(dòng)，低二氧化碳水平約為600-800ppm。反復(fù)的錯(cuò)誤調(diào)整會(huì)產(chǎn)生不正確的二氧化碳讀數(shù)，最終導(dǎo)致通風(fēng)不足，室內(nèi)空氣質(zhì)量低劣。另外新建筑的混凝土碳化作用可能會(huì)將二氧化碳濃度降低到400ppm以下，因而自動(dòng)背景修正在這種情況下也沒(méi)有效果。

　　雙波束單波長(zhǎng)傳感器:

　　雙波束單波長(zhǎng)傳感器（圖3）采用第二個(gè)紅外源為紅外源漂移提供補(bǔ)償。讓人費(fèi)解的是制造商聲稱由于第二個(gè)光源很少使用，因此不會(huì)發(fā)生老化。傳感器結(jié)構(gòu)增加了不必要的復(fù)雜性，而第二個(gè)紅外源添加了額外的潛在故障點(diǎn)。另外灰塵和污垢很少會(huì)在傳感器周圍均勻地沉積。因此，這種傳感器結(jié)構(gòu)相對(duì)而言并不可靠。

　　單波束雙波長(zhǎng)傳感器：

　　單波束雙波長(zhǎng)傳感器不存在影響單波束單波長(zhǎng)和雙波束單波長(zhǎng)傳感器性能的漂移問(wèn)題。這項(xiàng)通常在昂貴的濾光片輪式分析儀中使用的技術(shù)不但能夠測(cè)量吸收波長(zhǎng)，還能夠測(cè)量沒(méi)有發(fā)生吸收的參比波長(zhǎng)。

　　維薩拉將單波束雙波長(zhǎng)傳感器整合到可用于工業(yè)變送器的緊湊型結(jié)構(gòu)中。參比波長(zhǎng)通過(guò)位于探測(cè)器前端的電子可調(diào)式法布里-珀洛干涉儀(FPI)濾波器進(jìn)行測(cè)量。

　　微電子機(jī)械加工的FPI過(guò)濾器以電子調(diào)節(jié)方式在二氧化碳測(cè)量波長(zhǎng)和參比波長(zhǎng)之間切換。參比測(cè)量可為紅外源強(qiáng)度及光程上的污垢沉積變化提供補(bǔ)償，從而無(wú)需采用復(fù)雜的補(bǔ)償算法。

　　單波束雙波長(zhǎng)傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本效益好，長(zhǎng)期工作具有高度穩(wěn)定性，所需的維護(hù)工作少。

　　圖5展示了采用參比測(cè)量的傳感器（單波束雙波長(zhǎng)傳感器）與未采用參比測(cè)量的傳感器（單波束單波長(zhǎng)傳感器）的長(zhǎng)期穩(wěn)定性差別。單波束單波長(zhǎng)傳感器都存在的漂移問(wèn)題原因在于紅外源強(qiáng)度有所減弱，最終導(dǎo)致二氧化碳水平的顯示值過(guò)高。然而，傳感器漂移也會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)過(guò)低。