透射式和光声NDIR传感原理介绍

NDIR传感器特点

NDIR传感目前已成为测量CO₂浓度的主流技术。该技术利用的是CO₂分子可以吸收约为4.2 µm特定波长的红外线（IR）的特性。当该波长的光对气体样本进行照射后，会产生相应的光强度的变化，CO₂浓度可根据吸光比来计算。

值得注意的是，NDIR传感器无需利用色散元件（例如棱镜或衍射光栅）区分目标波长。而是将发射器产生的光通过非色散带通滤波器过滤，只允许相关的红外波长通过。这些特性令非色散红外传感器成为一个独立的气体传感器类别。

常见微量气体的吸收光谱（HITRAN2016分子光谱数据库）

透射式NDIR传感器 

透射式NDIR传感器通常具有IR 发射器和光学检测器(例如光电二极管)，置于专门设计的光学腔的腔体两端。光学检测器用来测量未被气体样品吸收（即透射）的红外光能量。当光学腔中CO₂的浓度增加时，检测到的光量随之减少。

因此，通过计算已知CO₂浓度下未被吸收的光能量与参考光强度之间的差异来确定CO₂分子的吸光值。

透射式NDIR设置示意图 

NDIR技术CO₂传感器通过检测被CO₂分子吸收的波长为4.2µm的红外光能量来计算CO₂浓度，而无需使用色散光学元件。
请注意，此参考值在很大程度上取决于IR发射器和光电探测器的精确定位，以及IR源和光学腔的发射特性。因此，作用在量测腔上的机械应力和热应力会造成CO₂读数误差显著。此外，透射式NDIR传感器通常需要厘米级的最小光路长度以吸收足够的IR，从而准确测量较低的CO₂浓度。

光声NDIR传感器

与透射式NDIR传感器相比，光声NDIR传感器可检测CO₂分子吸光量。当红外线发射器产生脉冲时，CO₂分子会周期性地吸收红外线。这会导致额外的分子振动，从而在测量室内产生压力波。CO₂浓度越高，吸收的光越多，声波幅度就越大。气室内的麦克风通过测量声波幅度，从而计算CO₂浓度。

光声NDIR设置示意图 

此外，由于声波具有全向性，发射器和麦克风的相对定位不受限制。因此，光声NDIR传感器通常在机械和热能方面表现更加稳定。