Узкополосные интерференционные фильтры для инфракрасных абсорбционных газоанализаторов

Ссылка для цитирования:

Тропин А.Н. Узкополосные интерференционные фильтры для инфракрасных абсорбционных газоанализаторов // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 8. С. 67–73. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-08-67-73

Tropin A.N. Narrow bandpass interference filters for infrared absorption gas analyzers [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 8. P. 67–73. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-08-67-73

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Параметры спектральных характеристик пропускания узкополосных инфракрасных интерференционных фильтров и их влияние на эффективность применения в задачах абсорбционного газового анализа. Цель работы. Определение длины волны пропускания в максимуме (λmax) и полуширины (Δλ0,5Тmax) пропускания инфракрасных узкополосных фильтров, работающих в диапазоне 7–12 мкм и используемых для детектирования некоторых широко применяемых технических газов методом инфракрасной абсорбционной спектроскопии. Метод. Математическое моделирование проведено с использованием выражения, учитывающего спектральное согласование спектров пропускания узкополосных фильтров и характеристических инфракрасных спектров поглощения анализируемых газов. Основные результаты. Для таких технологических газов, как элегаз (SF6), трифторид азота (NF3), октафторпропан (C3F8), октафторциклобутан (C4F8), а также для некоторых разновидностей фреонов определены оптимальные значения λmax и Δλ0,5Тmax, обеспечивающие эффективность чувствительности оптических газовых сенсоров с позиции наилучшего спектрального согласования формы линии поглощения газа и спектра пропускания фильтра. Применимость на практике полученных результатов продемонстрирована на примере создания узкополосного фильтра с максимальной длиной волны λmax = 10,57 мкм, предназначенного для обнаружения элегаза. Практическая значимость. Полученные в работе результаты исследования положены в основу при формировании технических требований для проектирования и изготовления узкополосных инфракрасных интерференционных фильтров. Применение таких фильтров перспективно в конструкциях оптических сенсоров для мониторинга технических газов методом абсорбционной инфракрасной спектроскопии.

Ключевые слова:

узкополосный интерференционный фильтр, абсорбционная спектроскопия, инфракрасный газоанализатор

Коды OCIS: 130.6010, 230.7408, 350.2460

Список источников:

1. Hodgkinson J., Tatam R.P. Optical gas sensing: A review // Meas. Sci. Technol. 2013. № 24. P. 012004. DOI: 10.1088/0957-0233/24/1/012004
2. Jha R.K. Nondispersive infrared gas sensing technology: A review // IEEE Sensors Journal. 2022. V. 22. № 1. P. 6–15. DOI: 10.1109/JSEN.2021.3130034
3. Ramwell P.W. The infrared analysis of carbon dioxide during anaesthesia // Brit. J. Anaesth. 1957. № 29. P. 156–159. DOI: 10.1093/bja/29.4.156
4. Dubey R., Telles A., Nikkel J., Cao Ch., Gewirtzman J., Raymond P.A., Lee X. Low-cost CO2 NDIR sensors: Performance evaluation and calibration using machine learning techniques // Sensors. 2024. V. 24. P. 5675. DOI: 10.3390/s24175675
5. Popa D., Udrea F. Towards integrated mid-infrared gas sensors // Sensors. 2019.V. 19. P. 2076. DOI: 10.3390/s19092076
6. Xu M., Peng B., Zhu X., Guo Y. Multi-gas detection system based on non-dispersive infrared (NDIR) spectral technology // Sensors. 2022. V. 22. P. 836. DOI: 10.3390/s22030836
7. Kim Y., GooS.-G., Lim J.S. Multigas analyzer based on tunable filter non-dispersive infrared sensor: Application to the monitoring of eco-friendly gas insulated switchgears // Sensors.2022. V. 22. P. 8662. DOI: 10.3390/s22228662
8. Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит., 1962. 892 с.
Elyashevich M.F. Atomic and molecular spectroscopy [in Russian]. Moscow: State publ. house of phys.-math. lit., 1962. 892 с.
9. Wang P., Fu X., Gibson D. et al. Optimised performance of non-dispersive infrared gas sensors using multilayer thin film bandpass filters // Coatings. 2018. V. 8. P. 472. DOI: 10.3390/coatings8120472
10. Electronic resource URL: https://webbook.nist.gov/ (NIST Chemistry WebBook).
11. Варфоломеев С.П., Горбунов Н.И., Дийков Л.К., Медведев Ф.К. Новые октроны для спектрально-аналитической аппаратуры // Компоненты и технологии. 2004. № 6. С. 46–49.
Varfolomeev S.P., Gorbunov N.I., Diikov L.K., Medvedev F.K. New octrons for spectrally analytical equipment // Components and technologies. 2004. № 6. P. 46–49.
12. Котликов Е.Н., Тропин А.Н. Оптические и структурные свойства пленок ZnS0,5Se0,5 и интерференционные фильтры на их основе // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 1. С. 56–61. DOI: 10.17586/1023-5086-2020-87-01-56-61
Kotlikov E.N., Tropin A.N. Optical and structural properties of ZnS0.5Se0.5 films and interference filters based on them [in Russian] // Journal of Optical Technology. 2020. V. 87. № 1. P. 45–49.DOI: 10.1364/JOT.87.000045