DIR紅外氣體分析儀作為一種快速、準確的氣體分析技術，特別連續(xù)污染物監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）以及機動車尾氣檢測應用中十分普遍。國內NDIR氣體分析儀的主要廠家大都采用國際上八十年代初的紅外氣體分析方法，如采用鎳锘絲作為紅外光源、采用電機機械調制紅外光、采用薄膜電容微音器或InSb等作為傳感器等。由于采用電機機械調制，儀器功耗大，且穩(wěn)定性差，儀器造價也很高。同時采用薄膜電容微音器作為傳感使得儀器對震動十分敏感，因此不適合便攜測量。隨著紅外光源、傳感器及電子技術的發(fā)展，NDIR紅外氣體傳感器在國外得到了迅速的發(fā)展。主要表現(xiàn)在無機械調制裝置，采用***紅外傳感器及電調制光源，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、價格上具有以往儀器的優(yōu)勢。l二 NDIR氣體分析基本機理u當紅外光通過待測氣體時,這些氣體分子對特定波長的紅外光有吸收,其吸收關系服從朗伯--比爾(Lambert-Beer)吸收定律。設入射光是平行光,其強度為I0,出射光的強度為I,氣體介質的厚度為L。當由氣體介質中的分子數(shù)dN的吸收所造成的光強減弱為dI時,根據(jù)朗伯--比爾吸收定律: dI/I=-KdN，式中K為比例常數(shù)。經(jīng)積分得:lnI=-KN+α (1) ，式中:N為吸收氣體介質的分子總數(shù);α為積分常數(shù)。顯然有N∝cl,c為氣體濃度。則式(1)可寫成: n I=exp(α)exp(-KN)=exp(α)exp(-μcL)=I0exp(-μcL) (2) n式(2)表明,光強在氣體介質中隨濃l度c及厚度L按指數(shù)規(guī)律衰減。吸收系數(shù)l取決于氣體特性,各種氣體的吸收系數(shù)lμ互不相同。對同一氣體,μ則隨入射波l長而變。若吸收介質中含i種吸收氣體, l則式(2)應改為: l I=I0exp(-l∑μi ci) (3) l因此對于多種混合氣體，為了分析特定l組分，應該在傳感器或紅外光源前安裝l一個適合分析氣體吸收波長的窄帶濾光l片，使傳感器的信號變化只反映被測氣體濃度變化。n圖1為NDIR紅外氣體分析原理圖：以 CO2分析為例，紅外光源發(fā)射出1-20um的紅外光，通過一定長度的氣室吸收后，經(jīng)過一個4.26μm波長的窄帶濾光片后，由紅外傳感器監(jiān)測透過4.26um波長紅外光的強度，以此表示CO2氣體的濃度，l三電調制NDIR紅外氣體傳感器關鍵技術u在設計傳感器的光學系統(tǒng)部分時，為了減少紅外傳感器微弱信號的衰減以及外界信號干擾，將前置放大電路也一并放在光學部件上，并采取了一定的電磁屏蔽措施。為了使氣體紅外吸收信號具有較好的分辨率，在進行結構設計時,紅外光源、氣室、紅外探測器應設置在同一光軸上。此外為了使得信號足夠大，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,傳感器根據(jù)預先設定的調制頻率發(fā)出周期性的紅外光，紅外光源發(fā)出的紅外光通過窗口材料入射到測量氣室,測量氣室由采樣氣泵連續(xù)將被測氣體通入測量氣室,氣體吸收特定波長的紅外光,透過測量氣室的紅外光由紅外探測器探測。由于調制紅外光的作用紅外傳感器輸出交流的電信號，通過其后的前置放大電路放大后在一次經(jīng)過高***放大整流電路，得到一個與被測氣體濃度對應的直流信號送入測控系統(tǒng)處理。紅外傳感器內有溫度傳感器探測其工作環(huán)境溫度。紅外傳感器信號經(jīng)過測控系統(tǒng),并經(jīng)數(shù)字濾波、線性插值及溫度補償?shù)溶浖幚砗?/span>,給出氣體濃度測量值。