При использовании NDIR-сенсоров для измерения концентрации газов важно понимать, что правильное измерение происходит благодаря интерпретации интенсивности излучения, поступающего из источника света в сенсор. Но как точно сопоставлять конкретные показатели излучения с конкретными концентрациями газов в течение всего срока службы прибора, учитывая, что компоненты NDIR-сенсоров подвержены износу и старению? Для этого сенсору нужны эталонные показатели, благодаря которым он сможет правильно сопоставлять данные.
Существует несколько практических методов создания более-менее стабильных эталонных точек. В целом эти методы можно разделить на две группы. Однолучевые сенсоры (например, сенсор K30 или S8) сравнивают полученные об интенсивности излучения данные с внешней (вне самого сенсора) эталонной точкой, например, с калибровочной смесью газов или по данным ABC-системы SenseAirtm. Двухлучевые сенсоры имеют систему калибровки непосредственно в своей конструкции. Этим компонентом для калибровки может быть дополнительный излучатель, дополнительный детектор, либо несколько спектральных фильтров на одном детекторе. У каждого из этих методов есть свои плюсы и минусы.
Двухлучевой сенсор с двумя раздельными излучателями: основной излучатель выполняет непрерывные измерения, а второй излучатель является эталонным и срабатывает гораздо реже (например, один раз в день). Идея заключается в том, что износ эталонного излучателя будет несравнимо мал по сравнению с износом основного. Таким образом, показания эталонного излучателя будут для сенсора опорными. Основной излучатель срабатывает более 40000 раз в течение срока службы NDIR-сенсора. Сопоставление интенсивности излучения, полученной от эталонного излучателя, с интенсивностью от основного излучателя, позволяет сенсору компенсировать вызванную старением основного излучателя погрешность измерений. На практике такое решение не позволяет полностью устранить погрешности измерения, связанные с износом, т.к. износу подвержены не только излучатели, но и другие компоненты сенсора. Кроме этого, внедрение в датчик двух излучателей вместо одного негативно сказывается на цене прибора, так что разработчикам приходится компенсировать это более низким качеством или более крупными габаритами электронных компонентов.
Двухлучевой сенсор с двумя раздельными детекторами: один детектор фиксирует степень поглощения света молекулами измеряемого газа, в то время как второй, эталонный детектор всегда проводит измерение излучения, проходящего через специальный фильтр и не подвергающегося поглощению каким бы то ни было газом. Износ излучателя, загрязнённость оптики и другие причины вызывают разность показаний между детекторами. Эти данные отслеживаются и сопоставляются при каждом срабатывании, позволяя скорректировать конечный результат. Недостаток этой системы в том, что предполагаемое соотношение принимаемой излучения между двумя детекторами фиксировано на весь срок работы сенсора. На деле это соотношение со временем меняется. Стоит добавить, что такой подход ухудшает соотношение «сигнал-шум», поскольку конечная выходная мощность должна быть разделена между двумя детекторами.
Однолучевой сенсор устроен гораздо проще вышеописанных двухлучевых исполнений, он не нуждается в потенциально неточном внутреннем сопоставлении данных между двумя источниками. В случае однолучевого исполнения, сенсор будет пользоваться только внешними эталонными данными, и поэтому учитывать любые возможные случаи износа или деформации внутренних компонентов прибора. При калибровке датчика либо используется подаваемый на прибор извне эталонный газ, либо прибор принимает за эталонное значение максимальную величину интенсивности излучения за заданный период времени. Данное эталонное значение приравнивается к концентрации CO2, соответствующей чистому свежему воздуху, то есть к такому наименьшему содержанию углекислого газа, которое только может быть достигнуто естественным образом. Когда концентрация CO2 в воздухе начинает соответствовать данному эталонному значению, датчик автоматически подстраивает под эту величину свои показания, тем самым компенсируя все отклонения, вызванные деформацией внутренних компонентов на протяжении всего срока службы. Однолучевая технология предлагает простое, изящное и наиболее эффективное решение проблемы качественного измерения концентрации CO2 на протяжении долгого времени.
Можно с уверенность сказать, что в долгосрочной перспективе однолучевые сенсоры являются более эффективной и точной опцией. Но если вам необходима высокая точность измерений сразу после установки (и при этом вас не пугает сравнительно меньший срок службы), то стоит обратить внимание на двухлучевое исполнение.
