1、1非對(duì)稱(chēng)分子(含有不同原子)可以在特定波長(zhǎng)吸收紅外線能，這種特定的吸收定波長(zhǎng)的吸收帶對(duì)于某種分子是確定的、標(biāo)準(zhǔn)的，稱(chēng)為“物質(zhì)指紋”。紅外線通過(guò)介質(zhì)的能量變化服從比爾朗伯定律：Ea=E0(1eKCL)這里：Ea—吸收輻射能；E0—入射輻射能；C—介質(zhì)濃度；L—?dú)馐议L(zhǎng)度；K—消光系數(shù)。紅外線是某一定波段范圍內(nèi)的電磁波，當(dāng)它向周?chē)鷤鬟f過(guò)程中遇到特定介質(zhì)時(shí)，將被介質(zhì)吸收或透射。對(duì)于同一種原子構(gòu)成的對(duì)稱(chēng)雙原子分子，如O2、N2、H2等或單原子分子

2、如He、Ne等并不能產(chǎn)生吸收光譜。但不同原子構(gòu)成，含有偶極矩分子能夠吸收特定波長(zhǎng)的輻射波。目前，NDIR是公認(rèn)的檢查CO和CO2最有效的分析手段。CO對(duì)波長(zhǎng)為4.5~5.0μm范圍內(nèi)的紅外線具有吸收能力，吸收峰約為4.6μm。CO2吸收波長(zhǎng)為4.0~4.5μm范圍內(nèi)的紅外線，吸收峰約為4.3μm。CO、CO2和水的紅外線吸收?qǐng)D譜如圖所示。典型的NDIR分析儀配置如圖所示：3國(guó)外得到了迅速發(fā)展。主要表現(xiàn)在無(wú)機(jī)械調(diào)制裝置，采用新型紅外傳感器

3、及電調(diào)制光源，在儀器電路上采用了低功耗嵌入式系統(tǒng)，使得儀器在體積、功耗、性能、價(jià)格上具有以往儀器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。二、NDIR氣體分析基本機(jī)理當(dāng)紅外光通過(guò)待測(cè)氣體時(shí)，這些氣體分子對(duì)特定波長(zhǎng)的紅外光有吸收，其吸收關(guān)系服從朗伯—比爾(LambertBeer)吸收定律。設(shè)入射光是平行光，其強(qiáng)度為I0，出出射光的強(qiáng)度為I，氣體介質(zhì)的厚度為L(zhǎng)。當(dāng)由氣體介質(zhì)中的分子數(shù)dN的吸收所造成的光強(qiáng)減弱為dI時(shí)，根據(jù)朗伯—比爾吸收定律：dII=KdN，式中K為

4、比例常數(shù)。經(jīng)積分得：lnI=KNα(1)，式中：N為吸收氣體介質(zhì)的分子總數(shù)；α為積分常數(shù)。顯然有N∝cl，c為氣體濃度。則式(1)可寫(xiě)成：式(2)表明，光強(qiáng)在氣體介質(zhì)中隨濃度c以及厚度L按指數(shù)規(guī)律衰減。吸收系數(shù)取決于氣體特性，各種氣體的吸收系數(shù)μ互不相同。對(duì)同一氣體，μ則隨入射波長(zhǎng)而變。若吸收介質(zhì)中含i種吸收氣體，則式(2)應(yīng)改為：因此對(duì)于多種混合氣體，為了分析特定組分，應(yīng)該在傳感器或紅外光源前安裝一個(gè)適合分析氣體吸收波長(zhǎng)的窄帶濾光片，

5、使傳感器的信號(hào)變化只反映被測(cè)氣體濃度變化。以CO2分析為例，紅外光源發(fā)射出120μm的紅外光，通過(guò)一定長(zhǎng)度的氣室吸收后，經(jīng)過(guò)一個(gè)4.26μm波長(zhǎng)的窄帶濾光片后，由紅外傳感器監(jiān)測(cè)透過(guò)4.26μm波長(zhǎng)紅外光的強(qiáng)度，以此表示CO2氣體的濃度。三、電調(diào)制NDIR紅外氣體傳感器關(guān)鍵技術(shù)在設(shè)計(jì)傳感器的光學(xué)系統(tǒng)部分時(shí)，為了減少紅外傳感器微弱信號(hào)的衰減以及外界信號(hào)干擾，將前置放大電路也一并放在光學(xué)部件上，并采取了一定的電磁屏蔽措施。為了使氣體紅外吸收信

6、號(hào)具有較好的分辨率，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，紅外光源、氣室、紅外探測(cè)器應(yīng)設(shè)置在同一光軸上。此外為了使得信號(hào)足夠大，可以使用橢圓型或拋物線型反射鏡。紅外光源由穩(wěn)流供電，供電電壓和電流根據(jù)使用的光源不同而不同。工作時(shí)，傳感器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的調(diào)制頻率發(fā)出周期性的紅外光，紅外光源發(fā)出的紅外光通過(guò)窗口材料入射到測(cè)量氣室，測(cè)量氣室由采樣氣泵連續(xù)將被測(cè)氣體通入測(cè)量氣室，氣體吸收特定波長(zhǎng)的紅外光，透過(guò)測(cè)量氣室的紅外光由紅外探測(cè)器探測(cè)。由于調(diào)制紅外光的作用紅外傳

7、感器輸出交流的電信號(hào)，通過(guò)其后的前置放大電路放大后再一次經(jīng)過(guò)高精密放大整流電路，得到一個(gè)與被測(cè)氣體濃度相對(duì)應(yīng)的直流信號(hào)送入測(cè)控系統(tǒng)處理。紅外傳感器內(nèi)有溫度傳感器探測(cè)其工作環(huán)境溫度。紅外傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)測(cè)控系統(tǒng)，并經(jīng)數(shù)字濾波、線性插值及溫度補(bǔ)償?shù)溶浖幚砗螅o出氣體濃度測(cè)量值。采用了以下關(guān)鍵技術(shù)：1.紅外光源及其調(diào)制pulsIR，reflectIR等新型電調(diào)制紅外光源等，升降溫速度很快，紅外光源發(fā)射窗口上安裝有透明窗，一方面可以保證發(fā)射的紅