4500nm 응용 분야를 위한 적외선 필터 선택 가이드
1. 산업용 연소 온도 모니터링
응용 프로그램 시나리오
보일러나 용광로와 같은 고온 산업 장비의 화염 및 연소 가스 온도를 실시간으로 모니터링하는 것은 연소 효율을 최적화하고 안전을 보장하는 데 매우 중요합니다. 예를 들어, CO₂는 4.26마이크론(4260nm) 근처에서 강한 흡수 피크를 나타내며, 연소 과정에서 복사 신호가 4500nm 대역과 겹치는 경우가 많기 때문에 특수 필터를 통해 이 스펙트럼 범위를 정밀하게 포착해야 합니다.
필터 구성 요구 사항
중심 파장이 4500nm이고 대역폭이 100~200nm 사이에서 조절되는 협대역 필터를 선택하십시오. 예를 들어, 중심 파장이 4500nm이고 대역폭이 140nm인 산업용 고온계는 CO₂ 흡수 신호를 효과적으로 분리하여 H₂O와 같은 다른 가스의 간섭을 최소화합니다.
고온 환경에서 약한 방사선을 감지하기 위해서는 신호 강도를 높이기 위해 ≥80%의 높은 투과율이 필요합니다.
차단 범위는 배경광과 비대상 대역 간섭을 억제하기 위해 깊이(OD 값) >10으로 400~11000nm를 포함해야 합니다.
중적외선(3-5μm)에서 높은 투과율과 산업용 온도(400-2000°C)를 견딜 수 있는 뛰어난 열 안정성을 제공하는 단결정 실리콘 또는 게르마늄 기판을 사용합니다.
온도 변화로 인해 발생하는 중심 파장 편차를 줄이기 위해 이온빔 보조 증착(IBAD)을 통해 필름 밀도를 최적화하여(예: 0.139nm/°C 이내에서 제어) 장기적인 신뢰성을 보장합니다.
선택 근거
- 간섭 제거: 협대역 설계는 CO₂ 흡수 피크와 정확하게 일치하여 다른 가스(예: 3.3μm의 CH₄)와의 교차 간섭을 방지하여 감지 특이성을 향상시킵니다.
- 신호 대 잡음 향상: 높은 투과율과 깊은 차단 특성이 결합되어 대상 신호 강도를 극대화하는 동시에 환경 소음을 억제하여 화염 모니터링에서 연소 구역과 배경 복사를 명확하게 구분할 수 있습니다.
- 극한 환경 적응: 실리콘/게르마늄 기판과 최적화된 코팅 공정은 고온 및 기계적 진동에 강합니다. 예를 들어, 필터는 FEGT(Furnace Exit Gas Temperature) 모니터링 시 2000°C에서도 안정적인 성능을 유지합니다.
2. 비분산 적외선(NDIR) 가스 센서
응용 프로그램 시나리오
환경 모니터링이나 산업 공정에서 CO₂ 및 CH₄와 같은 가스의 정량적 분석에 사용되며, 농업 온실에서 CO₂ 수준을 최적화하거나 화학 공장에서 메탄 누출을 감지하는 데 사용됩니다.
필터 구성 요구 사항
CO₂ 감지의 경우, 흡수 피크를 정확하게 포착하기 위해 4260nm(4500nm 인접)에서 ≤100nm 대역폭의 협대역 필터를 선택하세요. CH₄ 감지의 경우, 3300nm 필터를 사용하세요(4500nm 대역 간섭 가능성에 주의하세요).
감지 감도를 높이려면 85% 이상의 투과율이 필요합니다. 예를 들어, NDIR 센서는 최적화된 필름 시스템 설계를 통해 0.1ppm CO₂ 감도를 달성합니다.
햇빛이나 인공 조명의 간섭을 없애려면 OD >4의 가시광선과 근적외선 대역(400~2800nm)을 차단합니다.
광학적 손실을 줄이고 장기 안정성을 강화하기 위해 낮은 적외선 흡수 계수(<0.01cm⁻¹)를 지닌 불화칼슘(CaF₂)이나 칼코게나이드 유리(예: Ge-As-Se)를 사용합니다.
금속-유전체 하이브리드 메타표면(예: Al-Ge 구조)은 온도 드리프트를 최소화하는 동시에 높은 전송 효율(80%)과 좁은 대역폭(FWHM=0.4μm)을 달성합니다.
선택 근거
- 정밀 감지: 협대역 필터는 복잡한 스펙트럼에서 대상 가스 흡수 신호를 분리합니다. 예를 들어, 4260nm 필터는 CO₂ 측정 시 H₂O 흡수(2.7μm)와 겹치는 부분을 방지합니다.
- 높은 감도: 높은 투과율과 저산란 설계로 센서 반응 속도가 향상되었습니다. 메타표면 필터를 사용하는 NDIR 시스템은 CO₂ 검출 한계를 400ppm으로 낮췄습니다.
- 장기 신뢰성: 칼코게나이드 유리 기판과 IBAD 코팅은 습기 및 노화 방지 기능을 강화하여 야외 또는 습도가 높은 환경에 적합합니다.
3. 선정 요약
산업용 온도 모니터링 주요 사양
- 중심 파장: 4500nm
- 대역폭: 100-200nm
- 최대 투과율: ≥80%
- 차단 범위: 400-11000nm, OD >10
- 기판 재질: 단결정 실리콘/게르마늄
- 중요 설계: 고온 안정성, 깊은 차단 특성
가스 감지 주요 사양(CO₂/CH₄ 예시)
- 중심파장: 4260nm(CO₂)/ 3300nm(CH₄)
- 대역폭: ≤100nm
- 최대 투과율: ≥85%
- 차단 범위: 400-2800nm, OD >4
- 기판 재질: 불화칼슘/칼코게나이드 유리
- 중요 설계: 높은 감도, 좁은 대역폭
4. 고려 사항
고온 환경에서는 실리콘/게르마늄 기판을 우선시하고, 습도가 높은 환경에서는 칼코게나이드 유리나 보호 코팅을 사용합니다.
필터 스펙트럼 응답이 검출기(예: PbSe, 열전퇴)와 일치하는지 확인하십시오. 4500nm 필터는 중적외선 감도가 높은 검출기와 함께 사용해야 합니다.
먼지 오염을 방지하기 위해 필터 표면을 정기적으로 청소하고, 고온 환경에서는 필름 노화를 모니터링합니다.
이러한 구성을 따르면 4500nm 필터는 산업용 온도 모니터링의 간섭 문제와 가스 감지의 감도 한계를 효과적으로 해결하여 복잡한 환경에서도 안정적인 성능을 보장합니다.
