Wenn Sie Geräte zur Umweltüberwachung bauen, wissen Sie bereits, dass der Nachweis von Treibhausgasen wie Methan (CH4) und CO₂ in extrem niedrigen Konzentrationen den Unterschied zwischen einem Produkt, das auf dem Papier funktioniert, und einem, das tatsächlich in der realen Welt eingesetzt wird, ausmacht.
Die meisten Teams kämpfen monatelang mit verrauschten Signalen, abdriftenden Basislinien oder IR-Quellen, die einfach nicht genug Leistung über eine lange Strecke liefern können. Ich habe das selbst erlebt - damals, als wir versuchten, in Rinderställen und Mülldeponien unter ppm CH4 zu messen. Die billigen LEDs, mit denen wir anfingen, waren hoffnungslos.
Das ist genau der Grund, warum wir bei Bee Photon unsere eigene Reihe von Strahlern im mittleren Infrarotbereich entwickelt haben. Und ehrlich gesagt sind sie jetzt in einigen kommerziellen CH4-Sensoren zu finden, die Sie wahrscheinlich schon kennen.
Ich möchte Ihnen erläutern, worauf es bei der Auswahl eines IR-Strahlers zur Erkennung von Treibhausgasen ankommt.
Warum Infrarot bei der Erkennung von Treibhausgasen besser ist als alles andere
Photoakustisch, elektrochemisch, katalytisch - sie alle haben ihre Berechtigung, aber nichts kommt an nichtdispersives Infrarot (NDIR) heran, wenn es um Stabilität über Jahre hinweg, keine falsch-positiven Ergebnisse durch Quergase und den Nachweis von Methan im ppb-Bereich geht.
Laut US-EPA ist NDIR immer noch der Goldstandard für kontinuierliche Emissionsüberwachungssysteme (CEMS). Die Überwachungsrichtlinien des EU-Emissionshandelssystems (EU ETS) schreiben es grundsätzlich für alle ernsthaften Fälle vor.
Der Clou? Starke Absorptionsbanden für CH4 bei 3,31 µm und 7,7 µm, CO₂ bei 4,26 µm, N₂O bei 4,5 µm. Wenn Ihre Lichtquelle genau bei diesen Wellenlängen hell und stabil ist, sind Sie auf der sicheren Seite.
Lichtquelle LED-Serie E660-10-001
Unsere in Kunststoff verpackte LED im SMD-Format gewährleistet eine hohe Gleichmäßigkeit bei der automatischen Montage. Diese harzgegossene LED bietet hohe Zuverlässigkeit für verschiedene industrielle Anwendungen.
Was macht einen “guten” IR-Sender für die Umweltüberwachung aus? (Echte Spezifikationen, keine Marketingfloskeln)
Hier ist die kurze Liste, die wir jedem Kunden geben, der die schwachen 20-mW-Strahler leid ist:
| Parameter | Typische billige LED | Biene Photon DIL-Serie | Warum es für den CH4-Sensor wichtig ist |
|---|---|---|---|
| Peak-Wellenlänge | ±100 nm Drift | ±20 nm gesperrt | Hält Sie in der Absorptionsspitze |
| Strahlungsleistung (gepulst) | 10-30 mW | 80-150 mW @ 100 Hz | Größere Weglänge → niedrigere Nachweisgrenze |
| Aufgangs-/Fallzeit | 50-100 µs | <15 µs | Weniger Rauschen bei der Lock-in-Erkennung |
| Betriebstemperaturbereich | -20 bis +60 °C | -40 bis +105 °C | Arbeitet ganzjährig in Außenstationen |
| Lebensdauer (50% Degradierung) | ~10.000 Stunden | >100.000 Stunden | Seit über 10 Jahren keine Ersetzung von Feldern |
Diese Zahlen sind nicht erfunden - sie stammen aus unseren eigenen 3.000-Stunden-Burn-in-Tests und aus Kundenrückmeldungen von 2023-2025-Einsätzen.
Real-World Beispiel: Sub-100 ppb CH4-Sensor in der Überwachung von Milchviehbetrieben
Einer unserer europäischen Kunden (ein großes Unternehmen, dessen Namen ich nicht nennen kann) musste kontinuierlich das Methan im Darm von Kühen messen. Der regulatorische Druck ist jetzt enorm.
Mit ihrer alten 3,3 µm-LED blieben sie bei ~1 ppm Nachweisgrenze hängen. Sie wechselten zu unserer Lichtquelle DIL-Gehäuse Betrieb mit 120 mW gepulst, 200 mm Pfadlänge, Thermopile-Detektor. Senkung der Nachweisgrenze auf 70 ppb mit 60-Sekunden-Mittelwertbildung. Jetzt in 400 landwirtschaftlichen Betrieben im Einsatz und nach 26 Monaten immer noch im Einsatz.
Ähnlich verhält es sich mit einem Deponieüberwachungsnetz in Kalifornien - derselbe Emittent, eine 1-Meter-Weißzelle, die problemlos 20 ppb CH4 erreicht.
Auswahl der richtigen Peak-Wellenlänge für Ihr Zielgas
Kurzer Spickzettel:
| Treibhausgas | Stärkstes IR-Band | Empfohlener Emitter |
|---|---|---|
| Methan (CH4) | 3,31 µm oder 7,7 µm | 3300 nm oder 7700 nm DIL |
| CO₂ | 4,26 µm | 4260 nm Glühfaden oder LED |
| N₂O | 4,50 µm | 4500 nm |
| CO | 4,67 µm | 4670 nm |
Wir führen sie alle. Ja, auch die exotischen.
So holen Sie den letzten ppb aus Ihrem CH4-Sensor heraus
Ein paar Tricks, die wir auf die harte Tour gelernt haben:
- Pulsen Sie mit 5-10 Hz und verwenden Sie eine Lock-in-Verstärkung - das reduziert das Rauschen um das 50-100fache.
- Setzen Sie einen schmalen Bandpassfilter (FWHM ≤ 100 nm) direkt auf das Emitterfenster, um breitbandiges thermisches Rauschen zu unterdrücken.
- Fahren Sie mit konstantem Strom, nicht mit konstanter Spannung - die Wellenlänge bleibt konstant.
- Fügen Sie ein wenig TEC auf der LED hinzu, wenn Sie im Freien arbeiten - eine Verschiebung von 0,1 nm/°C macht Ihre Kalibrierung schnell zunichte.
Vergleich: LED vs. QCL vs. thermische Strahler für die Umweltüberwachung
| Quelle Typ | Strom | Elektrisch → Optischer Wirkungsgrad | Lebenslang | Kosten pro Einheit | Am besten für |
|---|---|---|---|---|---|
| Thermisch (Glühfaden) | 200 mW | ~3% | 5,000 h | Niedrig | Labor-Prototypen |
| Mid-IR-LED | 100 mW | 15-25% | 100,000 h | Mittel | Die meisten Feldeinsätze |
| QCL | Watts | 10-20% | 20,000 h | Sehr hoch | Forschung / Drohne / Flugzeug |
Für die 99% der stationären Umweltüberwachungsstationen ist die Mid-IR-LED der Gewinner bei den Gesamtbetriebskosten.
Sind Sie bereit, einen besseren Treibhausgasmonitor zu bauen?
Wenn Sie genug von Nachweisgrenzen haben, die auf dem Datenblatt gut aussehen, aber in der Praxis nicht funktionieren, sollten wir darüber reden.
Schreiben Sie uns eine Nachricht an info@photo-detector.com oder benutzen Sie das Kontaktformular hier: https://photo-detector.com/contact-us/
Wir senden Ihnen die neuesten technischen Datenblätter, Preise für 100-10k Stück und sogar kostenlose Muster, wenn Ihr Projekt realistisch ist.
Lichtquelle LED-Serie E850-30-101
Die E850-30-101 ist ein hochstabiler 850nm-Infrarotstrahler im robusten 3mm-Dual-Inline-Package-LED-Format für einfache Leiterplattenmontage und überragende Haltbarkeit. Mit einem schmalen Abstrahlwinkel von 20° und einer Strahlungsintensität von 30 mW liefert diese Dual In-line Package LED eine präzise und helle Leistung und ist damit die ideale Lichtquelle für optische Schalter, industrielle Sensorik und anspruchsvolle Automatisierungsanwendungen.
FAQ - IR-Strahler für die Detektion von Treibhausgasen
F: Können Ihre IR-Strahler im Winter bei -30 °C wirklich ununterbrochen laufen?
A: Jawohl. Wir haben Geräte im Norden Kanadas, die gerade Pipeline-Lecks überwachen. Das DIL-Gehäuse mit integrierter Heizoption hält den Chip auf 30 °C, auch wenn es draußen -40 °C hat.
F: Bieten Sie kundenspezifische Spitzenwellenlängen an?
A: Die ganze Zeit über. Letzten Monat haben wir 3390 nm für ein spezielles CH4-Isotopenprojekt hergestellt. MOQ ist nur 200 Stück für kundenspezifische Epi.
F: Wie schnell können Sie Bewertungsmuster versenden?
A: 3300 nm und 4260 nm sind in den Lagern in Kalifornien und Shenzhen vorrätig und werden in der Regel noch am selben Tag versandt, wenn Sie vor Mittag Pacific Time bestellen.
