工作原理及结构组成详解

固体检测器的响应仅与红外辐射能量有关，对红外辐射光谱无选择性。它对待测组分特征吸收波长的选择是靠滤波技术实现的，将空间单光路转变为时间双光路也是靠滤波技术实现的。

普遍采用的两种滤波技术是干涉滤波相关技术（IFC）和气体滤波相关技术（GFC），滤波元件分别是窄带干涉滤光片和滤波气室。

（1）采用干涉滤波相关技术（IFC）的红外分析器

图3.16是一种采用IFC技术的红外分析器原理结构图。光源1发出的红外光束经滤光片轮8加以调制后射向气室。滤光片轮上装有两种干涉滤光片，其中一种是测量滤光片，其通带中心波长是待测组分的特征吸收波长，另一种是参比滤光片，通带中心波长是各组分都不吸收的波长。两种滤光片间隔设置，当滤光片轮在马达驱动下旋转时，两种滤光片交替进入光路系统，形成时间上分割的测量、参比光路。

图3.16　采用IFC技术的红外分析器原理结构图

1—光源；2—测量气室；3—接收气室；4—热释电检测元件；5—窄带干涉滤光片；6—同步电机；7—同步光源；8—滤光片轮；9—光敏三极管

当测量滤光片置于光路时，射向测量气室的红外光被待测组分吸收了一部分，到达检测元件的光强因此而减弱。当参比滤光片置于光路时，射向测量气室的红外光各组分都不吸收，到达检测元件的光强未被削弱。这两种波长的红外光束交替通过测量气室到达检测元件，被转换成与红外光强度（待测组分浓度）相关的交变信号。

接收气室3是一个光锥缩孔，其作用是将光路中的红外光全部会聚到检测元件上。(www.xing528.com)

（2）采用气体滤波相关（GFC）技术的红外分析器

图3.17是一种采用GFC技术的红外分析器原理结构图。滤波气室轮2上装有两种滤波气室，一种是分析气室M，充入氮气，另一种是参比气室R，充入高浓度的待测组分气体。两种滤波气室间隔设置，当滤波气室轮在马达驱动下旋转时，分析气室和参比气室交替进入光路系统，形成时间上分割的测量、参比光路。

当分析气室M进入光路时，由于M中充的是氮气，对红外光不吸收的光束全部通过，进入光路系统形成测量光路。当参比气室R进入光路时，由于R中充的是待测组分气体，红外光中的特征吸收波长部分几乎被完全吸收，其余部分进入光路系统形成参比光路。

光源发出的红外光中能被待测组分吸收的仅仅是一小部分，为了提高仪器的选择性，加入了窄带干涉滤光片4，其通带中心波长选择在待测组分的特征吸收峰上，只有特征吸收波长附近的一小部分红外光能通过滤光片进入测量气室5。

从上面可以看出，IFC和GFC都属于差分吸收光谱技术。IFC是一种波长参比技术，被测组分吸收波长与非吸收波长信号差减，可以抵消光源老化、晶片或气室污染、电源波动等因素对光强的影响。GFC属于组分参比技术，被测组分吸收光谱和背景组分吸收光谱信号差减，可以抵消吸收峰交叉、重叠造成的干扰，也可抵消光源老化、晶片和气室污染、电源波动等因素对光强的影响。

图3.17　采用GFC技术的红外分析器原理结构图

1—光源；2—滤波气室轮；3—同步信号发生器；4—干涉滤光片；5—测量气室；6—接收气室；7—锑化铟检测元件

采用何种滤波技术进行测量，取决于被测气体的光谱吸收特性和测量范围。一般来说，常量分析或被测气体吸收峰附近没有干扰气体的吸收（非深度干扰）时，可采用IFC技术；微量分析或被测气体吸收峰附近存在干扰气体的吸收（深度干扰）时，则须采用GFC技术。