电流型集成温度传感器

近日，来自山东师范大学物理与电子科学学院的联合研究团队发表了一篇题为Effects of Temperature and Humidity on the Absorption Spectrum and Concentration of N2O Using an Open-Path Sensor System的研究论文。IntroductionSince China’ s proposal of the “carbon peak” and “carbon neutrality” goals, the government and society have attached great importance to the problems of air pollution and global warming. Nitrous oxide (N2O) is among the six greenhouse gases under the Kyoto Protocol. N2O content is relatively low compared to carbon dioxide (CO2), but its global warming potential is about 310 times that of CO2. In addition, it is destructive to ozone (O3). There are many reasons for the changes in N2O concentrations in the atmosphere, which are partly due to anthropogenic activities, such as the widespread use of fertilizers in agricultural activities. The concentrations of other gases in the atmosphere, as well as the wind speed and direction, are all correlated with changes in N2O concentrations. At the macro level, temperature and humidity are also factors affecting the absorption coefficient of N2O gas. However, relatively few studies have been conducted on the specific effects of temperature and humidity on N2O gas, and analysis has also been lacking on the influence of temperature and humidity on the absorption spectrum and the concentration of N2O. Moreover, some uncertainty and variability remain in the observations of the relationship between N2O gas concentrations and temperature and humidity. The reasons for these discrepancies may be regional differences, differences in observation methods, and imperfections in data, which are all important bases for measuring the N2O concentration in atmospheric, medical, combustion, and agricultural processes. Thus, further research and exploration, combined with additional field observations and modeling experiments, can uncover the mechanism of temperature and humidity on the N2O concentration. Consequently, providing a scientific basis for this concentration is essential for reducing N2O emissions, controlling climate change, and promoting sustainable development and environmental protection. 简介自中国提出“碳峰值”和“碳中和”目标以来，政府和社会对空气污染和全球变暖问题给予了极大关注。N2O是《京都议定书》下的六种温室气体之一。与二氧化碳（CO2）相比，N2O含量相对较低，但其全球变暖潜力约为CO2的310倍。此外，它对臭氧（O3）具有破坏性。大气中N2O浓度的变化有许多原因，部分原因是人类活动造成的，例如在农业活动中广泛使用化肥。大气中其他气体的浓度以及风速和风向都与N2O浓度的变化相关。在宏观水平上，温度和湿度也是影响N2O气体吸收系数的因素。然而，对温度和湿度对N2O气体具体影响的研究相对较少，对温度和湿度对N2O吸收谱和浓度的影响分析也不足。此外，在N2O气体浓度与温度和湿度之间的关系观察中仍存在一些不确定性和变异性。导致这些差异的原因可能是地区差异、观测方法差异以及数据的不完善，这些都是测量大气、医疗、燃烧和农业过程中N2O浓度的重要基础。因此，进一步的研究和探索，结合更多的现场观测和建模实验，可以揭示温度和湿度对N2O浓度的机制。因此，为减少N2O排放、控制气候变化，促进可持续发展和环境保护提供科学依据至关重要。Experimental DetailsSensor SetupBased on WMS technology and an open optical path, an open optical-path detection system for detecting N2O gas in the atmosphere was built. The schematic diagram is shown in Figure 1. The sensor system is composed of a light-source module, photoelectric Remote Sens. 2023, 15, 5390 4 of 11 detection module, and data processing module. The light-source module mainly consists of signal generation, a laser drive, QCL, and an indication light source. To effectively realize the tunable characteristics of laser emission wavelength, we designed the signal generator plate to generate a high-frequency sine wave signal with a frequency of 10 kHz to realize the modulation function and to generate a low-frequency sawtooth wave signal with a frequency of 10 Hz to realize the scanning function. The two signals are superimposed on the laser driver, controls the temperature and central emission wavelength of QCL and converts it into an injection current acting on the detection light source QCL so that the emission wavelength of QCL is in the tunable range of 2203.7–2204.1 cm&minus 1.实验细节传感器设置基于波长调制光谱学（WMS）技术和开路光学路径，建立了一种用于检测大气中N2O气体的开路光学路径检测系统。示意图如图1所示。该传感器系统由光源模块、光电检测模块和数据处理模块组成。光源模块主要包括信号生成、激光驱动、量子级联激光器（QCL）和指示光源。为了有效实现激光发射波长的可调特性，我们设计了信号生成器板，生成频率为10 kHz的高频正弦波信号以实现调制功能，并生成频率为10 Hz的低频锯齿波信号以实现扫描功能。这两个信号叠加在激光驱动器上，控制QCL的温度和中心发射波长，并将其转化为作用于检测光源QCL的注入电流，使QCL的发射波长处于2203.7–2204.1 cm-1的可调范围内。Figure 1. Schematic diagram of N2O open optical sensor system.项目使用的激光驱动器是宁波海尔欣光电科技有限公司的QC750-TouchTM量子级联激光屏显驱动器。&bull 集成电流及温控驱动，功能完备；&bull 温度控制驱动采用非PWM式的连续电流输出控制，大大延长TEC器件的使用寿命；&bull 多种输出安全保护机制，保护QCL使用安全：可调电流钳制、输出缓启动、过压欠压保护、超温保护、继电器短路输出保护；&bull 大电流软钳制功能，避免误操作大电流损坏激光管；&bull UI界面显示便于用户操作使用及数据观测；&bull 全自主研发，集成度高，性价比高。QC750-TouchTM, Ningbo HealthyPhoton Technology, Co., Ltd.Selection of N2O TransitionsTo achieve effective detection of N2O gas molecules, we need to select the absorption line intensity and the emission central wavelength of the laser. First, combined with the HITRAN-2016 database, the wave number range of 2000–2250 cm&minus 1 was selected to analyze the region of the absorption spectral line intensity of N2O, and then carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), and water (H2O) molecules were simulated and analyzed, as shown in Figure 2. Within this wave number range, the absorption spectra of CO2 were mainly distributed within the 2000–2081 cm&minus 1 range, and the absorption spectra of CO gas were distributed within the 2025–2200 cm&minus 1 wave number range. The absorption spectra of N2O gas were distributed before the 2020 cm&minus 1 wave number range. The absorption spectra of N2O gas molecules were mainly distributed in the 2200–2250 cm&minus 1 wave number range, and they were far from the absorption spectra of water vapor and other gases, reducing interference. At around 2203.7 cm&minus 1 , the absorption spectra of N2O gas were the strongest. Therefore, we set the position of the N2O absorption line to 2203.7333 cm&minus 1, which was used as the wave number of the QCL emission center. The corresponding spectral line intensity was 7.903 × 10&minus 19 (cm&minus 1 .mol&minus 1 ). The central current and temperature of QCL were set at 330 mA and 36.0 ◦ C, respectively.N2O跃迁的选择为了有效检测N2O气体分子，我们需要选择吸收线强度和激光的发射中心波长。首先，结合HITRAN-2016数据库，选择了2000–2250 cm&minus 1的波数范围，以分析N2O吸收光谱线强度的区域，然后对一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）和水（H2O）分子进行了模拟和分析，如图2所示。在这个波数范围内，CO2的吸收光谱主要分布在2000–2081 cm&minus 1范围内，CO气体的吸收光谱分布在2025–2200 cm&minus 1波数范围内。H2O气体的吸收光谱分布在2020 cm&minus 1波数范围之前。N2O气体分子的吸收光谱主要分布在2200–2250 cm&minus 1波数范围内，远离水蒸气和其他气体的吸收光谱，减少了干扰。在2203.7 cm&minus 1左右，N2O气体的吸收光谱最强。因此，我们将N2O吸收线的位置设置为2203.7333 cm&minus 1，用作QCL发射中心的波数。相应的光谱线强度为7.903 × 10&minus 19（cm&minus 1mol&minus 1）。QCL的中心电流和温度分别设置为330 mA和36.0 ℃。Figure 2. The intensity distribution of absorption lines of N2O, CO, CO2, and H2O in the range of 2000–2250 cm&minus 1.ConclusionsIn this study, we investigated the effects of temperature and humidity on the concentration of N2O and its absorption spectra using an open-path sensor system. By combining theoretical analysis and field monitoring, we first conducted monitoring of N2O in a campus environment, analyzing the effects of temperature on its concentration and absorption spectra. We discovered that the concentration of N2O would increase correspondingly with the increase in temperature. The influence of humidity on N2O concentration was monitored under the condition that the ambient temperature of the laboratory remained unchanged. The concentration of N2O was negatively correlated with humidity. The 2f and 1f signals under different temperature and humidity levels were extracted for analysis. We found that the higher the temperature, the smaller the peak value of the 2f and the 1f signals, which accords with the trend of the Gaussian function changing with temperature. Under different humidity conditions, the lower the humidity, the larger the 2f signal peak the higher the humidity, the smaller the 2f signal. This study is of great significance for analyzing the relationship between N2O and environmental parameters such as temperature and humidity. We hope that our research findings can assist environmental agencies in formulating more effective environmental policies for different environments. In the future, we can use QCL to analyze the relationship between N2O and other environmental and gas parameters.结论在本研究中，我们利用开路传感器系统研究了温度和湿度对N2O浓度及其吸收光谱的影响。通过理论分析和现场监测相结合，我们首先在校园环境中进行了N2O监测，分析了温度对其浓度和吸收光谱的影响。我们发现随着温度升高，N2O浓度相应增加。在实验室环境中，保持环境温度不变的条件下监测了湿度对N2O浓度的影响。N2O浓度与湿度呈负相关。在不同温度和湿度水平下提取并分析了2f和1f信号。我们发现温度越高，2f和1f信号的峰值越小，这与高斯函数随温度变化的趋势相符。在不同湿度条件下，湿度越低，2f信号峰值越大；湿度越高，2f信号越小。这项研究对分析N2O与温度、湿度等环境参数之间的关系具有重要意义。我们希望我们的研究结果能够协助环境机构为不同环境制定更有效的环境政策。未来，我们可以利用QCL来分析N2O与其他环境和气体参数之间的关系。参考：Effects of Temperature and Humidity on the Absorption Spectrum and Concentration of N2O Using an Open-Path Sensor System, Remote Sens. 2023, 15, 5390.

仪器信息网讯 8月23日，为期三天的2022世界传感器大会在郑州国际会展中心完美落幕，此次传感器大会由中华人民共和国工业和信息化部、中国科学技术协会与河南省人民政府主办，郑州市人民政府、河南省工业和信息化厅、河南省科学技术协会、中国仪器仪表学会承办。福禄克（FLUKE）展位本次世界传感器大会，众多知名传感器公司携新品和主推产品参展，同时也吸引了多家仪器企业参加，福禄克（FLUKE）公司也携一系列计量校准产品亮相。据了解，福禄克早在2000年就收购了Wavetek Wandell Goltermann的精密测量部门，从而稳固了其在电气校准市场内已经获得的地位。近几年，福禄克公司又先后收购了以温度计量和校准著称的 HART公司，以及以压力计量和校准而著称的DHI公司，从而使福禄克公司的计量和校准技术和产品覆盖了电学、温度以及压力，成为全面提供计量和校准产品的仪器仪表公司。1586A高精度多路测温仪（下）和外置接线模块（上）1586A高精度多路测温仪可以扫描测量并记录直至40通道的直流电压和电流，电阻，扫描速度可达每秒10个通道。1586A可以配置为多通道的记录仪在现场使用，也可以配置为参考温度计连接方式用于实验室的温度传感器校准。1586A高精度多路测温仪可满足制药，生物，食品，航空航天以及汽车行业的大量的温度分布，传感器校准，温度测量的应用。2271A工业压力校准器这款仪器兼容两个不同精度级别的模块。PM200模块为大部分量程提供 0.02% FS。PM500模块提供0.01%的读数不确定度，确保2271A可用于测试或校准更高精度的变送器和数字仪表。2271A的压力量程达到-100 kPa至20MPa(-15 psi至3000psi)，满足较宽范围的压力计和传感器需求。仪器内置支持HART功能的电学测量模块(EMM)，因此能够对4-20 mA设备（例如，智能变送器、压力计和开关）进行闭环、全自动校准。此外，该仪器顶部的双测试端口可安装两台被测设备（DUT），提升工作效率。9173高精度干式计量炉干井炉是早期最传统的现场热源。而福禄克最早开发的干式计量炉，其不确定度要远远小于干井炉的不确定度。不确定度越低，客户就越有能力校准准确度更高的传感器。干式计量炉提供了接近恒温槽的性能，但是却不需要昂贵的恒温槽液体。干式计量炉达到预定温度点并且稳定的时间比恒温槽快5到10倍，这样即可节省技术人员的工作时间，提高检定速度。干式计量炉的便携性使其能够到现场进行校准的工作，从而解决了恒温槽在运输上的困难。而此次参展的福禄克9173高精度干式计量炉采用了双段控温技术。传统的炉子在轴向(垂直方向)的温度场很难做到均匀，越接近炉口温度变化就越大。所谓双段控温就是在垂直方向上使用上下两层双路控温的方式，这种新型的模拟和数字控制技术提供了高达±0.005 C的稳定性。而且利用两段控温技术，轴向(垂直方向)的均匀性在60 mm区域内可达到±0.02 ℃。7109A便携式恒温槽在制药、生物科技和食品生产等行业，过程制造工厂大量使用卫生型温度传感器，这些传感器需要定期校准，在校准时必须停止生产。因此，校准效率越高意味着工厂停工时间越短。此外，在有些生产过程中，0.1摄氏度的误差就会造成严重成本损失，温度准确度对于保证质量至关重要。而本次展出的这款7109A便携式校准恒温槽与市面上许多恒温槽相比，系统准确度提高了两倍，能在更短的时间内校准更多的卫生型传感器，工作效率提高四倍。用户可以将4支卡箍式卫生型传感器同时置于恒温槽中进行校准，温度显示准确度达±0.1°C。对于小法兰或没有法兰的卫生型热电阻，校准效率甚至更高。7109A恒温槽覆盖温度范围可达-25°C至140°C，内置测温仪直接用于连接外部参考探头以及被校温度探头。8588A八位半数字多用表8588A是一款八位半数字化标准多用表，专门为校准实验室量身打造，拥有直观的用户界面和彩色屏幕和超过12项的测量功能，包括新增的数字化电压、数字化电流、电容、射频(RF)功率，以及用于交/直流电流的外部分流器，帮助用户将实验室级别的系统测试成本统一整合到单台测量仪器中。8588A拥有1年期直流电压准确度(2.7μV/V@95%置信区间，或3.5μV/V@99%置信区间)和最佳的24小时稳定度(0.5 μV/V@95%置信区间，或0.65 μV/V @99%置信区间)，使其能够傲视市场上其他标准数字多用表。8588A还能够在短短1秒内产生稳定的八位半读数，进一步提高速度覆盖范围。

冬天到了，不论是大人还是孩童，滑雪都是一项不错的娱乐活动，滑雪板的选择对每个滑雪手来说都很重要，那么你知道何种滑板质量最好吗？今天，小菲就来给大家说一个奥地利企业使用FLIR红外热像仪研究滑雪设备的过程的案例！RELISTE是一家位于奥地利的机器视觉集成商。50多年来，它一直致力于销售自动化技术的高质量解决方案。目前，作为行业首创，RELISTE集成了FLIR红外热像仪，通过自动化检测冬季运动设备的滑雪研磨过程，保持性能，以确保最需要时在斜坡上进行可能挽救生命的操作。它不是通过检测热量的增加或减少来实现这一点，而是通过测量两种不同材料的环境热辐射来区分它们。通过使用两个FLIR A35红外温度传感器，该公司能够在滑雪板打磨过程中，确定滑雪板边缘和尖端从钢到塑料的准确过渡点。以前，这是一件必须通过视觉和触觉手动同时检查才能完成的事情。FLIR A35配备热成像温度传感器，适用于状态监控、过程控制/质量保证及火灾预防应用等。FLIR A35可无缝集成到现有系统中，提供全面的可视化温度监测。视觉自动化取代劳动密集型手动检查如何确保滑雪板本身的安全性和功能性，传统检测是一项费力费力的工作，且是一项非常劳动密集型的工作。随着时间的推移，滑雪板会因为长时间接触雪而损坏或摩擦烧毁，这可能会导致一小层基础材料的脱落，从而导致不均匀、凹凸不平的纹理，从而对性能产生负面影响。滑雪板打磨(有时称为滑雪板调整)是对滑雪板底座进行磨平和恢复的过程，以确保滑雪更快、更平稳和拥有最佳的机动性，这是滑雪板维护的一个关键步骤。如果没有它，旧的滑雪板可能会被雪或冰卡住，而不是滑动，从而导致性能下降，(在极端情况下)核心机动性下降，甚至危及生命。此前，每个滑雪板的打磨过程只能手动进行。由于传统的目视检查无法区分钢和塑料之间的过渡点，因此尖端和末端的区域必须手动打磨，这使得无法实现过程完全自动化。全新打磨方式：红外成像结合3D打印RELISTE将两台FLIR A35红外热成像传感器（这是A50/A70的前身，在一台机器中对热和视觉进行双光谱检测）与Cognex 3D激光位移传感器相结合，将这项传统的劳动密集型工作转变为自动化维护线。通过同时使用这两种技术，他们能够确定滑雪板尖端和末端的不同3D点，来指导自动打磨机器人，从而取代人工检查并降低成本。来自热像仪和三维激光传感器的综合信息，为机器人打磨机提供了精确的3D引导，确保仅打磨钢边，而不会损坏包装中更脆弱的塑料元件。该解决方案使用“主动热成像”。本质上，这涉及到使用工业“辐射加热器”来加热滑雪板，并利用塑料和金属传导的截然不同的方式，更重要的是，释放热量。然后，RELISTE的图像处理软件EasyRightPro对这些信息进行评估，以确定过渡的位置，并在传统手工方法的一小部分时间内进行精确研磨。FLIR凭实力获得长期合作关系RELISTE视觉系统商务经理Ronald Fasching表示：“当涉及到红外热像仪的使用时，我们总是使用Teledyne FLIR热像仪，而不是其他品牌。对我们来说，这是我们的标准解决方案，因为它们具有大量分析功能，还可通过Profinet与PLC通信。“我们是Teledyne FLIR的长期合作伙伴，我们对热像仪的质量非常满意，因为客户对我们提供的解决方案也非常满意。”RELISTE和Teledyne FLIR的合作关系可以追溯到多年前，RELISTE在其工业图像处理解决方案中专门使用Teledyne FLIR行业领先的热像仪，以确保其始终如一的质量和洞察力。Ronald补充道：“我们正在使用我们的RELISTE EasyRightPro解决方案，该解决方案基于Cognex VisionPro，热像仪采用“图像流”设置。对我们来说，这是我们的标准解决方案，其具有大量用于分析以及通过Profinet与PLC通信的功能。这对于确保遵守核心标准非常重要，包括我们自己的内部标准和欧洲自动化行业的标准。”关于图像流热成像仪，FLIR A50/A70固定安装式红外热像仪，更能代表Teledyne FLIR目前先进的技术。FLIR A50/A70图像流型热像仪专门用于工艺和质量控制，能够加快生产时间、提高生产质量，同时降低运营成本。其支持通过以太网图像流图像，还能灵活地使用首选软件应用开展分析、采集原始数据。借助GigE Vision和GenICam，可以将热图像和数据输出轻松集成到定制解决方案中。随着科技的进步工业自动化的发展越来越普遍因此对生产过程的状态监控很有必要FLIR A50/70图像流型热像仪机身小巧，方便集成可针对不同需求提供多种安装选项为关键机器设备提供连续的温度监控