红外气体检测原理

引言
红外气体检测技术是现代工业安全、环境监测及气体分析领域中的一项重要技术。其中，非分光红外（NDIR）气体检
测技术因其高精度和稳定性而受到广泛关注。该技术利用红外光谱对气体进行检测和分析，具有灵敏度高、响应速度快、不
受环境干扰等优点。
检测原理 aJH嘉泰姆
朗伯-比尔定律
朗伯-比尔定律(Lambert-Beer law)是分光光度法的基本定律，是描述物质对某一波长光吸收的强弱与吸光物质的浓
度及其液层厚度间的关系。
朗伯-比尔定律数学表达式：

式中：A 为吸光度：T 为透射比（透光度），是出射光强度（I）比入射光强度（I0）；K 为摩尔吸光系数，与吸收物质的
性质及入射光的波长 λ 有关；b 为吸收层厚度，单位为 cm；c 为吸光物质的浓度，单位 mol/L。
其物理意义为：当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时，其吸光度 A 与吸光物质的浓度 c 及吸收层
厚度 b 成正比，而与透光度 T 成反相关。
非分光红外气体检测技术
非分光红外气体检测技术（NDIR，Non-Dispersive InfraRed）是一种基于气体吸收理论的方法。红外光源发出的
红外辐射经过一定浓度待测的气体吸收之后，与气体浓度成正比的光谱强度会发生变化，因此求出光谱光强的变化量就可以
计算出待测气体的浓度。

NDIR 气体探测器
NDIR 气体检测技术利用特定的红外光源、吸收气室、滤光片和传感器来检测目标气体的浓度。图 1 为 NDIR 气体探测
器模组示意图。红外辐射经过一定浓度的待测气体吸收后，会产生与气体浓度成正比的光谱强度变化，测量光谱光强的变化
量就可以推算出待测气体的浓度。

红外光源：使用一个特定的红外光源，其发射的红外光波长与目标气体的吸收波长相匹配。
气室：待测气体通过气室，其中的目标气体会吸收特定波长的红外光。
滤光片：确保只有与目标气体吸收波长相匹配的红外光能够到达传感器。单通道设计目标通道选用波长与目标气体匹配
的滤光片，双通道设计除目标通道外引入参考通道（一般选用不会被绝大部分气体吸收的波长 3.91um 滤光片）来消除环境
因素引起的误差。
传感器：检测通过气室后的红外光强度，并将其转换为电信号。此电信号与气体的浓度成比例。
NDIR 气体检测技术的优势
高精度与稳定性：
NDIR 气体传感器采用精密的光学设计和信号处理技术，能够提供准确、稳定的气体浓度数据。其高灵敏度使得传感器
能够检测到极低浓度的气体，满足高精度监测的需求。
广泛的气体应用范围：
可应用于多种气体的检测，包括一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、二氧化硫（SO2）、氨气（NH3）
等。通过选择适当的红外光源和滤光片，NDIR 传感器能够针对不同气体进行定制，实现多气体同时监测。
快速响应与恢复：
NDIR 气体传感器具有快速的响应和恢复时间，能够在短时间内提供准确的浓度值。这使得传感器能够实时监测气体浓
度变化，及时发出警报，保护人员和环境安全。
长寿命与低功耗：
NDIR 气体传感器的设计和制造使其能够在长时间使用中保持稳定性，具有较长的寿命和较低的维护需求。同时，其低
功耗特点有助于节省能源，降低使用成本。
智能化与远程监测：
随着技术的发展，NDIR 气体传感器正逐步实现智能化和远程监测。通过与云平台的连接，传感器能够将监测数据上传
到云端，实现远程监控和管理。借助人工智能和机器学习算法，传感器能够对大量数据进行分析和建模，实现智能化的气体
监测和预警。
总结
NDIR 红外气体检测技术，为现代工业、环境监测和气体分析提供了高效、准确的手段。NDIR 技术凭借其高精度、稳
定性、快速响应和低功耗等特性，为保障人们的生命财产安全和环境保护提供了有力的技术支持。