Infrarot-Flammensensorik/Infrarot-Flammenüberwachung

Infrarot-Flammensensorik - Bildnachweis: Ingo Bartussek @ Fotolia.com

Der pyroelektrische Detektor eines Flammensensors erfasst die typische spektrale Strahlung brennender, organischer Substanzen, wie Holz, Erdgas, Benzin und verschiedener Kunststoffe.

Um eine Flamme von der Sonne oder einer anderen intensiven Lichtquelle, z. B. den Emissionen beim Lichtbogenschweißen, zu unterscheiden und somit einen Fehlalarm auszuschließen, werden die folgenden unabhängigen Kriterien berücksichtigt:

  • Eine typische Flamme ist durch eine Flackerfrequenz von (1 … 5) Hz gekennzeichnet.
  • Eine Kohlenwasserstoffflamme erzeugt die Verbrennungsgase Kohlenstoffmonoxid (CO)
    und -dioxid (CO2). 
  • Außerdem entseht bei Verbrennungen Wasser, das ebenfalls im Infrarotbereich detektiert werden kann.
InfraTec Flammensensorik, Schweissen - Bildnachweis: arhendrix @ Fotolia.com

Für die Flammensensorik werden die Absorptionsbanden der Verbrennungsabprodukte CO, CO2 zwischen 4,0 µm und 4,8 µm sowie Wasser bei ca. 2 µm ausgenutzt. Die in die Detektorkappe integrierten Infrarot-Bandpassfilter begrenzen den Durchlassbereich ausschließlich auf die genannten Absorptionsbanden. Durch die Auswertung der Flackerfrequenzen zusammen mit den genannten spektralen Informationen der Gase können Fehlalarme wirksam verhindert werden. 

Pyroelektrische Standarddetektoren von InfraTec können selbst ohne zusätzliche Optik eine Flamme in bis zu 100 m Entfernung sicher detektieren. Speziell die Detektoren im Strombetrieb mit einer Chipgröße von (2 x 2) mm2 bzw. (3 x 3) mm2 weisen neben einem hohen Signal-Rausch-Abstand ein sehr geringes Popcorn-Rauschen auf. Das ermöglicht eine sichere Detektion.

Signalverstärkung als wichtige Voraussetzung

Die in der Flammensensorik genutzten Detektoren arbeiten mit integrierten Verstärkungselementen. Grund dafür sind die sehr geringen im pyroelektrischen Kristall generierten Ladungen, die Vorverstärker mit extrem hohen Eingangsimpedanzen von bis zu einigen 10 GΩ erfordern. Schon bei normaler Luftfeuchtigkeit von etwa 60 % bei einer Umgebungstemperatur von 22 °C funktionieren solche Vorverstärker-Schaltungen nicht mehr störungsfrei. Der Hochohmkreis muss sich deshalb innerhalb des dicht verschlossenen Detektorgehäuses befinden. Detektoren ohne integrierte Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFET) oder Operationsverstärker (OpAmp) sind wegen der notwendigen Verstärkung für die Gasanalyse oder die Flammensensorik kaum geeignet.

Detektoren für die Infrarot-Flammensensorik/Infrarot-Flammenüberwachung:

  • LME-352/LME-336: Einkanaldetektor, geringer Stromverbrauch, hohe Empfindlichkeit, großer Einfallswinkel
  • LMM-244: drei Messkanäle, ein Referenzkanal mit hoher Empfindlichkeit für die genaue Messung der Verbrennungsgase



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