PyrIQ® – Flexible Detektoren für die Gas- und Flammenanalyse
Bei PyrIQ®-Detektoren erfolgen Verstärkung, Signalaufbereitung und Analog-Digital-Wandlung bereits im Detektorgehäuse durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application-specific integrated circuit, ASIC). Diese erlaubt
eine einfache Systemintegration,
eine verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit (EMC) und
die volle Flexibilität bei der Konfiguration der Detektorparameter (hoher Dynamikbereich).
Konventionelle pyroelektrische Detektoren stellen als Ausgangssignal eine analoge, bereits intern verstärkte Spannung zur Verfügung. Diese muss von den Anwendern für die weitere Evaluierung aufbereitet werden, z. B. durch Bandbreitenbegrenzung oder Anpassung an den Spannungsbereich der Digitalisierungsstufe. Erst nach dieser „Signalkonditionierung“ ist die Analog-Digital-Wandlung außerhalb des Detektors sowie die anschließende Verarbeitung der digitalen Signale am Computer möglich.
Einfache Integration durch Digitalisierung im Detektor
Die Detektoren der PyrIQ®-Serie verfolgen einen anderen Ansatz: Verstärkung, Signalaufbereitung und Analog-Digital-Wandlung erfolgen bereits im Detektorgehäuse durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application-specific integrated circuit, ASIC). Das von der ASIC bereitgestellte digitale 16-Bit-Signal kann dann mit Abtastraten bis zu 1 kHz über eine Standard-Kommunikationsschnittstelle (I2C) ausgelesen und unmittelbar von einem Mikrocontroller weiterverarbeitet werden. Über diesen lassen sich für jeden einzelnen Kanal u. a. Feedback-Widerstand und -kapazität des analogen Frontends anpassen und damit die Empfindlichkeit sowie das Signal-Rausch-Verhältnis optimieren.
Das digitale Ausgangssignal ermöglicht eine deutlich einfachere Systemintegration der PyrIQ-Detektoren. Die räumlich konzentrierte, geschirmte Signalverarbeitung im Detektor reduziert störanfällige Analogstrecken und schafft damit robuste Voraussetzungen für den Einsatz in anspruchsvollen EMV-Umgebungen.
Hinzu kommt: Die Signalaufbereitung kann hinsichtlich elektrischer Verstärkung und Filterung jederzeit flexibel an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Nutzer haben somit die Möglichkeit, von der Entwicklungsphase bis zum Endprodukt Einfluss auf die Eigenschaften des Detektors zu nehmen. Mit dem von InfraTec bereitgestellten PyrIQ® Evaluation Kit können Anwender erste Tests der Detektoren mit digitaler Schnittstelle durchführen, ohne eigene Software, Firmware oder Testschaltungen zur Verfügung stellen zu müssen. Mithilfe der zugehörigen Software von InfraTec lassen sich die Detektor- und IR-Quellparameter über eine intuitive grafische Benutzeroberfläche individuell einstellen.
Erweiterte Funktionen für präzise Messungen
Die Taktfrequenz des ASIC kann extern über den Clock-Pin eingespeist werden, um ein Zeitsignal mit hochpräziser Abtastrate zu generieren. Insbesondere in der Gasanalyse vereinfacht das die Synchronisation von Strahler- und Detektortakt. Ein Temperatursignal, das z. B. bei NDIR-Messungen für eine korrekte Kalibrierung erforderlich ist, wird durch einen in den Detektor integrierten Temperatursensor zur Verfügung gestellt.
Eine weitere Besonderheit der PyrIQ®-Detektoren ist die „Fast Recovery after Saturation“-Funktion. Bei Übersteuerung infolge eines fehlerhaften Betriebszustandes – beispielsweise durch extreme Temperaturschwankungen oder mechanische Einflüsse – wird die analoge Eingangsstufe automatisch kurzzeitig zurückgesetzt. Das führt zu einem beschleunigten Einschwingen der Detektoren.
Praxisanwendung: Abgaskontrolle mit PyrIQ®-Detektoren
Eingesetzt wird der LRD-3824-Detektor aus der PyrIQ-Familie unter anderem in verschiedenen Emissionsmessgeräten zur Gas- und Rauchanalyse. Damit können zum Beispiel CO-, CO₂- und Kohlenwasserstoff-Konzentrationen gemessen (NDIR), Fahrzeugabgase kontrolliert oder Flammen detektiert werden.
Bei der Entscheidung für das InfraTec-Produkt spielten für den Anwender verschiedene Faktoren eine Rolle:
Unkomplizierte Entwicklung dank digitalem Ausgang,
Verstärkung des Detektorsignals kann für jeden spektralen Kanal, abhängig vom Messeffekt, individuell eingestellt werden,
Drei Messkanäle und ein Referenzkanal in einem kompakten Gehäuse bei gleichzeitig großen pyroelektrischen Elementen und damit hohem Signal.
Vorteile der PyrIQ®-Detektoren mit digitaler Schnittstelle
Dank der I2C-Schnittstelle und des integrierten Analog-Digital-Wandlers entfallen komplexe Signalverarbeitungsschritte.
Individuelle Anpassung der Detektorsignalverstärkung für jeden Spektralkanal in Abhängigkeit vom Messeffekt.
Die gesamte Signalwandlung des Detektors ist räumlich konzentriert und geschirmt, woraus eine höhere elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) resultiert.
Der digitale Detektor wandelt das analoge Signal, das in mehreren Stufen gefiltert und verstärkt werden kann, direkt in ein digitales Signal mit einer Auflösung von 16 Bit um.
Weitere Informationen zu PyrIQ®-Detektoren
Whitepaper: Startup a Detector with Digital Intelligence
Whitepaper: Configuration of PyrIQ® Detectors
Webinar on Demand: Easy Start-up – Using a PyrIQ® Detector with Digital Interface
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