之前文章提到，激光法也会有交叉干扰，但它的抗交叉干扰能力确实要大大的优于红外技术，可以说交叉干扰是红外气体分析最让人头疼的问题。
红外气体分析技术在长达几十年的发展过程中，形成了多个不同的技术路线，能在工业在线分析应用的常见方案包括以下几种：
（1）热释电+短气室+黑体光源（本文简称普通NDIR方案）
（2）大功率黑体光源+长光程气室+硒化铅探测器+相关轮（本文简称相关轮方案）
（3） 大功率黑体光源+短光程气室+薄膜微音或微流传感器（本文简称高精度方案）
具体可以参考我的公众号文章《十分钟成为红外气体分析专家》1、抗交叉干扰能力理论分析
我们以天然气中的CO2测量为例来分析三种方法的抗交叉干扰能力。红外CO2测量一般选用4.26um，如图所示为hitran数据库中查到的该波段CO2和甲烷的吸收波形。其中甲烷的吸收强度要弱4个数量级，因此高浓度的甲烷会对低浓度的ppm级的CO2测量产生影响。
图1 甲烷与二氧化碳在4.26um处吸收
这类分析技术一般采用公用光路，在探测器上采用参考和测量两个通道提高稳定性。两个通道采用窄带滤光片，目前的滤光片常见的半宽为90nm。尽管气体的吸收点是离散的，单从吸收谱线看滤光片无法避免这一干扰。因此普通NDIR方案的抗干扰能力最差。
（2）相关轮方案抗干扰能力相关轮方案中有一个相关轮，里面有两个密封的腔，内封氮气和CO2（被测气），通过相关轮的旋转实现测量与参考。该方案只使用了一个4.26um的滤光片，用于排除杂散光。信号的产生是由于密封的高浓度CO2气体先对光进行吸收，气室中的被测气吸收的就少，另一个密封的氮气没有对光进行吸收，气室中的被测气吸收的就多，两者的差异产生了周期性信号。由于吸收点时离散的，当有干扰气甲烷时，只有和甲烷完全重合的CO2的谱线才会减弱甲烷谱线处的光能，因此气室中有高浓度甲烷，产生的影响就要小得多，抗干扰能力也就强很多。
图2 相关轮红外原理
高精度方案中，微流和薄膜微音检测器的抗干扰能力有所差异，我们先分析薄膜微音。与相关轮方案相比，可以理解为密封气室从相关轮处移到了检测器，并变成了前后结构。因此薄膜微音相比普通NDIR也有更强的抗干扰能力。另外，薄膜微音检测器的前后气室结构，当光进入后气室时，光能已被前气室吸收大部分，剩余的光在后气室会发生多次无规律反射，被后气室的CO2所吸收。相比而言整个光路中，气路中的干扰气高浓度甲烷的吸收光程比CO2短很多，而GFC结构中CO2和甲烷有着几乎相同的吸收光路，因此总的来说薄膜微音结构的抗干扰能力要优于GFC方案。
对于微流方案来说，具体的抗干扰能力需要根据实际的结构来分析。
图3 薄膜微音红外原理
引自http://www.adev.com.cn/pdshowtwo/datumshow_279999.html
从理论分析看抗干扰能力，薄膜微音方案稍优于GFC方案，GFC方案优于普通NDIR方案，实际表现如何，我们设计试验进行验证。2、三种方案产品通气测试
我们对三种方案的产品进行了实际通气试验，三种产品分别是极善思传感科技的量程100ppm的GFC方案产品（1号）和量程500ppm 的普通NDIR方案产品（2号），薄膜微音采用国内某知名企业的100ppm薄膜微音CO2分析仪（3号）。
该测试虽然是针对特定产品进行的测试，但基本代表了相同技术方案产品的抗交叉干扰能力。设计的试验同时对三个设备通入标准气，记录结果进行对比。通入的标气及先后顺序如下：（1）通高纯氮气看零点
（2）通入20ppm CO2，背景氮气。
（3）通入20ppmCO2，背景甲烷。
（4）通入20%甲烷，背景氮气。
（5）通入50%甲烷，背景氮气。
（6）通入80%甲烷，背景氮气。
（7）通入20ppm CO2，背景乙烷。
（8）通入20%乙烷，背景氮气。
（9）通入50%乙烷，背景氮气。
（10）通入80%乙烷，背景氮气。
（11）通入99.99%乙烷。
详细测试数据请关注公众号，发送联系方式索要。从测量数据看，验证了前文的理论分析。
尽管存在一些交叉干扰，一般只需采用甲乙烷背景标气进行标定即可使用，分析的结果可能会因为乙烷的变化而变化，但变化仍在工艺要求的范围内，因此红外CO2分析仪在天然气行业仍然得到了广泛应用。
3、总结
红外技术的交叉干扰是一个比较复杂的问题，什么时候可以让步使用、什么时候需要精细补偿、什么时候不能满足要求等都需要根据具体问题进行分析。
欢迎大家给我们提供场景和需求，我们将无偿帮助分析问题与测试验证。
