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探讨火焰探测器的应用领域与工作原理

已有 182 次阅读2019-12-3 09:32 |个人分类:传感器| 火焰探测器, 紫外线探测器

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火焰探测器(flamedetector)是探测在物质燃烧时,产生烟雾和放出热量的同时,也产生可见的或大气中没有的不可见的光辐射。火焰燃烧辐射光波段火焰探测器又称感光式火灾探测器,它是用于响应火灾的光特性,即探测火焰燃烧的光照强度和火焰的闪烁频率的一种火灾探测器。

根据火焰的光特性,目前使用的火焰探测器有三种:一种是对火焰中波长较短的紫外光辐射敏感的紫外探测器;另一种是对火焰中波长较长的红外光辐射敏感的红外探测器;第三种是同时探测火焰中波长较短的紫外线和波长较长的红外线的紫外/红外混合探测器。

具体根据探测波段可分为:单紫外、单红外、双红外、三重红外、红外\紫外、附加视频等火焰探测器。

根据防爆类型可分为:隔爆型、本安型。

对于火焰燃烧中产生的0.185~0.260μm波长的紫外线,可采用一种固态物质作为敏感元件,如碳化硅或硝酸铝,也可使用一种充气管作为敏感元件,如盖革一弥勒管。

对于火焰中产生的2.5~3μm波长的红外线,可采用硫化铝材料的传感器,对于火焰产生的4.4~4.6μm波长的红外线可采用硒化铅材料或钽酸铝材料的传感器。根据不同燃料燃烧发射的光谱可选择不同的传感器,三重红外(IR3)应用较广。

火焰燃烧过程释放紫外线、可见光、红外线,在特定波长、特定闪烁频率(0.5HZ-20HZ)具有典型特征,有别于其他干扰辐射,阳光、热物体、电灯等辐射出的紫外线、红外线没有闪烁特征。

火焰探测器工作原理是通过检测火焰辐射出的特殊波长的紫外线、红外线及可见光等,同时配合对火焰特征闪烁频率来识别,来探测火焰。一般选用紫外光电二极管、紫外线探测器、紫外线传感器等作为探测元件。

紫外线探测器是将一种形式的电磁辐射信号转换成另一种易被接收处理信号形式的传感器,光电探测器利用光电效应,把光学辐射转化成电学信号。光电效应可分为外光电效应和内光电效应。

外光电效应器件通常指光敏电真空器件,主要用于紫外、红外和近红外等波段。具有内增益的外光电效应器件包括光电敏倍增管、像增强器等光敏电真空器件,它们具有极高灵敏度,能将极微弱的光信号转换成电信号,可进行单光子检测,其灵敏度比内电光效应的半导体器件高几个量级。

内光电效应分为光导效应和光伏效应。光导效应中,半导体吸收足够能量的光子后,把其中的一些电子或空穴从原来不导电的束缚状态激活到能导电的自由状态,导致半导体电导率增加、电路中电阻下降。光伏效应中,光生电荷在半导体内产生跨越结的P-N小势差。产生的光电压通过光电器件放大并可直接进行测量。根据光导效应和光伏效应制成的器件分别称为半导体光导探测器和光伏探测器。

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