红外气体传感器依据各气体分子在近红外区对特定波段的吸收特性来识别气体组分并测定其浓度。与电化学、催化燃烧、半导体等传感技术相比，红外传感器在应用范围广、寿命长、灵敏度高、稳定性好、可检测多种气体、性价比高、维护成本低、可在线分析等方面具有明显优势，广泛应用于石油化工、冶金、矿山与矿产开采、环境监测、农业、医疗卫生等领域。

二、工作原理

红外吸收谱是一种分子光谱。样品受红外光照射时，分子在特定频率处吸收辐射，并通过振动或转动导致偶极矩变化，从而使相应波长的透射光强减弱。记录透射光强与波数的关系就得到红外光谱。当光的波长落在被测气体的吸收谱线上，能量被吸收，光强随之衰减。朗伯-比尔定律揭示了光强随气体浓度和传播路径长度的指数关系，因此可通过测量透射光强来推断气体浓度。为实现线性关系，气室长度会随浓度位于不同区间而调整，较高浓度时采用较短的光路，较低浓度时采用较长的光路。通过分光/检测等环节，将样品光与参考光分流、比较并记录，从而得到样品在特定波段的透射特性。基于这一原理的传感器被称为分光红外气体传感器。

在进一步发展中，若使用固定的窄带滤光片来选取特定气体的吸收波段，而不进行分光，则获得非分光红外传感器（NDIR）。这种结构简化了光路与检测系统的设计，适合实现小型化、低功耗和低成本的气体分析。

常见的传感元件包括热释电探测器与热电堆型探测器。热释电探测器对温度变化率敏感，响应速度快、在室温下工作；热电堆通过多组热电偶串联获取信号，适合阵列化与多通道测量。二者在工作原理和响应特性上存在本质差异，决定了其在不同应用场景中的适用性。

三、非分光红外（NDIR）气体分析的核心技术

NDIR 气体分析仪以快速、准确著称，广泛用于连续环境监测和机动车尾气检测等场景，能够实现对SO2、NO、CO2、CO、CH4、N2O 等气体的实时测量VSport。随着技术进步，行业从早期的机械调制光源和电极触发传感器，逐步转向无机械调制、使用新型红外传感器与低功耗电子系统的解决方案，从而在体积、功耗与成本方面获得显著优势。

NDIR 的基本物理机理与多组分分析要点：

- 光在待测气体中按一定波长吸收，透射强度随气体浓度和光路长度呈指数衰减。对于多种混合气体，需选择特定波段的窄带滤光片，使传感器的信号主要反映目标组分的浓度变化。

- 以 CO2 为例，红外光源发射一段宽谱近红外光，经气室后经过4.26 μm 的窄带滤光片，红外探测器监测通过的光强，从而得到 CO2 的浓度指示。

电调制NDIR 的关键技术要点包括：

1) 红外光源与调制：采用快速响应的新型调制光源，光源窗口通常设有保护性透明窗，确保输出波长稳定并抑制外界温度波动对光源的影响。

2) 气室与镀膜结构：气室与支撑结构分离，便于安装、拆卸和更换，同时降低外部环境对测量的干扰；对内部气体成分复杂、具有腐蚀性的场景（如 SO2、NOx 等）的影响也得到降低。

3) 红外探测器：核心部件，需选用高灵敏度探测器并在封装上安装针对不同气体的窄带滤光片以实现特定气体的测量。为保障信号稳定，通常会设计对准轴线的定位结构，即使探测器在前级放大板上的位置略有偏差，也能保持与光源及气室在同一光学中心轴上。

4) 传感与控制系统：通过微控制器管理传感、标定与数据处理，结合非线性校正实现准确的气体浓度计算。前端放大电路需具备低噪声、低漂移和良好线性度，以确保信号稳定性，二级放大后输出的信号再经测控系统处理得到最终浓度值。

5) 模块化与低功耗设计：通过实现模块化、标准化的设计，降低整体体积和功耗，并降低制造与维护成本，使NDIR 技术更易于在大规模应用中落地。

总结而言，NDIR 气体分析仪在无需复杂分光系统的前提下，利用窄带滤光片选择目标气体吸收波段来实现快速、稳定的气体浓度测量。其结构和技术的发展使得设备更适合普及化、便携化和大规模部署，广泛服务于环境监测、工业安全与排放控制等领域。

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